Spinel Ferrite Nanoparticles : Solvent Restructuring and Crystal Structure depending on Elemental Composition and Synthesis Route

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Eckardt, Mirco:
Spinel Ferrite Nanoparticles : Solvent Restructuring and Crystal Structure depending on Elemental Composition and Synthesis Route.
Bayreuth , 2025 . - XVI, 143 p.
( Doctoral thesis, 2024 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00008251

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The interaction of nanoparticles (< 10 nm) with their environment determines their functionality in applications such as catalysis and medicine. This work systematically investigates the crystal structure, surface functionalization, and hydration shell of spinel ferrite nanoparticles (MFe₂O₄; M = Co²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺) concerning composition, synthesis route, and particle shape.

Highly crystalline, colloidally stable nanoparticles were synthesized using an optimized polyol method and stabilized with biocompatible molecules. Structural, size, and magnetism analyses confirmed monocrystalline spinel phases with lattice-induced defects and superparamagnetic behavior. The double-difference PDF analysis indicates interactions at the nanoparticle-water interface.

The findings demonstrate that synthesis methods significantly influence the final structure. The combination of PDF analysis, FT-IR, and TGA proved to be a powerful tool for nanoparticle characterization, with relevance for catalysis and materials science.

Abstract in another language

Die Interaktion von Nanopartikeln (< 10 nm) mit ihrer Umgebung bestimmt ihre Funktionalität in Anwendungen wie Katalyse und Medizin. Diese Arbeit untersucht systematisch die Kristallstruktur, Oberflächenfunktionalisierung und Hydrathülle von Spinell-Ferrit-Nanopartikeln (MFe₂O₄; M = Co²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺) in Abhängigkeit von Zusammensetzung, Syntheseroute und Partikelform.

Hochkristalline, kolloidal stabile Nanopartikel wurden mittels einer optimierten Polyol-Methode synthetisiert und mit biokompatiblen Molekülen stabilisiert. Struktur-, Größen- und Magnetismusanalysen zeigten monokristalline Spinell-Phasen mit gitterbedingten Fehlstellen und superparamagnetischem Verhalten. Die „double-difference“ PDF-Analyse deutet auf Wechselwirkungen an der Nanopartikel-Wasser-Grenzfläche hin.

Die Ergebnisse zeigen, dass Synthesemethoden die Struktur signifikant beeinflussen. Die Kombination aus PDF-Analyse, FT-IR und TGA erwies sich als leistungsfähiges Werkzeug zur Charakterisierung von Nanopartikeln, mit Relevanz für Katalyse und Materialwissenschaften.

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Item Type:	Doctoral thesis
Keywords:	spinel ferrites; nanoparticles; crystal structure; pair distribution function
Institutions of the University:	Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Chemistry > Former Professors > Junior Professor Solid State Chemistry - Mesostructured Materials - Juniorprof. Dr. Mirijam Zobel Graduate Schools > University of Bayreuth Graduate School Faculties Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Chemistry Faculties > Faculty of Biology, Chemistry and Earth Sciences > Department of Chemistry > Former Professors Graduate Schools
Result of work at the UBT:	Yes
DDC Subjects:	500 Science > 540 Chemistry
Date Deposited:	08 Mar 2025 22:00
Last Modified:	10 Mar 2025 07:03
URI:	https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/92736