Ny teknik giver tunable, nanoporøse materialer

En samarbejdsgruppe af forskere, herunder Petr Kral, professor i kemi ved University of Illinois i Chicago, beskrive en ny teknik til at skabe nye nanoporøse materialer med unikke egenskaber, der kan bruges til at filtrere molekyler eller lys. De beskriver deres forskning i tidsskriftet Videnskab .

Nanopartikler er bittesmå partikler, der består af en central fast kerne, hvortil molekyler kaldet ligander ofte er knyttet. Nanopartikler kan selv samles til gitterlignende formationer, der har unikke optiske, magnetiske, elektroniske og katalytiske egenskaber.

Eksperimentalister ledet af Rafal Klajn, professor i kemi ved Weizmann Institute of Science i Israel og tilsvarende forfatter på papiret, produceret tynde gitterstrukturer bestående af to slags nanopartikler:en med en magnetitkerne og en anden med en guldkerne.

For at danne disse tynde, gitterlignende strukturer, nanopartikler selvsamlet i et lag tørrende opløsningsmiddel, der flyder på en anden væske, hvori partiklerne er uopløselige.

"Selvsamlingsmekanismerne i det tynde opløsningsmiddellag adskiller sig fra dem, der er på arbejde, når nanopartikler får lov til at samle sig selv i bulk opløsningsmidler, " forklarede Kral.

Eksperimentalisterne udviklede også en teknik til kemisk at udætse en af ​​de to typer nanopartikler fra de selvsamlede gitterlignende strukturer. Det resulterende materiale havde små, huller med jævne mellemrum.

Eksperimentalisterne henvendte sig derefter til Krals teoretiske kemigruppe, som omfattede Lela Vukovic, assisterende professor i kemi ved University of Texas i El Paso, for at hjælpe dem med at forstå, hvordan disse gitter er dannet.

Kral og Vukovic brugte atomistisk molekylær dynamik-simuleringer til at modellere præcis, hvordan de to forskellige nanopartikler selv samlede sig til det tynde, gitterlignende strukturer. De fandt ud af, at afhængigt af typen af ​​væsker, der blev brugt i denne proces, nanopartikler samler sig selv i forskellige strukturer.

"Baseret på de kendte egenskaber af nanopartiklerne og de forskellige væskeoverflader, de blev placeret på, vi var i stand til at forudsige hvordan og hvorfor forskellige gitter blev dannet, sagde Kral, hvis gruppe har grundigt undersøgt, hvordan nanopartikler interagerer for at danne komplekse overbygninger.

Ved at ændre sammensætningen af ​​nanopartiklerne og de væsker, de selv samler på, Kral sagde, at kemikere kan skabe et stort antal og mange forskellige nye nanoporøse materialer. Nanopartikler af forskellig størrelse ville, når det er ætset ud, skabe forskellige porestørrelser.