Kemikere udvikler en ny metode til syntese af polymer-nanopartikler af en given størrelse

En kemiker fra RUDN skabte teknologien til syntese af polymer nanosfærer til brug i produktionen af ​​elektrokemiske enheder. Metoden kræver ingen overfladeaktive stoffer og producerer nanopartikler af en forudbestemt størrelse. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Polymerkemi .

Nanopartikler, der bruges til industrielle applikationer, skal have samme form og størrelse, uanset hvilket materiale de er lavet af. Det er en svær udfordring at opnå både i laboratoriet og for industriel produktion. I nogle tilfælde, nanopartikler med blot et par tiere af nanometers forskel i størrelse udfører ikke de nødvendige funktioner. RUDN Universitetets Rafael Luke, sammen med kolleger fra Kina og Pakistan, foreslået en forenklet metode til at skabe polymer nanosfærer af kontrolleret størrelse.

Den nye teknologi er baseret på sol-gel-processen til polymersyntese. Forskere blander en række monomerer og starter hydrolyse- og polykondensationsreaktioner. Disse processer fører til dannelsen af ​​en sol - en opløsning af de små partikler, herunder partikler i nanostørrelse af et fast stof eller gasbobler. Ved videre bearbejdning, solen enten koncentreres til tilstanden af ​​en homogen gel eller udskiller de individuelle nanopartikler (f.eks. ved centrifugering). For at gøre de resulterende partikler homogene, det er nødvendigt at påføre overfladeaktive midler til solen eller at anvende en matrix.

Forskerne opnåede nanopartikler ved at syntetisere polybenzoxazinforbindelser, en gruppe polymerer, der kan fremstilles af forskellige monomerer under ret milde forhold. I modsætning til de fleste af de tidligere forskere lykkedes det kemikerne ved RUDN at syntetisere polybenzoxazin i form af nanopartikler uden at bruge nogen matricer eller overfladeaktive stoffer. Kemikere har fundet specifikke koncentrationer af monomererne (phloroglucin, para-phenylendiamin, og formaldehyd) opløst i vand og ethanol, som i kombination med mild (op til 75 ° C) opvarmning, førte til dannelsen af ​​nanosfærer af ensartet størrelse. Forfatterne foreslår, at effekten opnås på grund af brugen af ​​para-phenylendiamin. Det deltager i reaktionen og fungerer som en katalysator. Forskere og producenter kan indstille den ønskede størrelse af nanopartikler ved at variere koncentrationen af ​​de oprindelige monomerer og forholdet i vand- og ethanolopløsninger. Det er en yderligere fordel ved den nye metode. I forsøget sektionsforskere formåede at fremstille nanosfærer med en diameter på 105, 157 og 186 nm.

Nanopartikler af denne type kan bruges i elektrokemi. Forskere ved RUDN karboniserede de polymere nanosfærer i en nitrogenatmosfære ved 800 ° C og opnåede carbon nanosfærer indeholdende nitrogen, som beholdt samme størrelse og form. Disse nanopartikler blev brugt til at skabe elektroder. Carbon nanosfærer demonstrerede høj elektrisk kapacitet. I fremtiden, de kan bruges til at skabe superkondensatorer og kemiske strømkilder.

"Den traditionelle tilgang til syntesen af ​​sådanne polymerer kræver brug af overfladeaktive stoffer eller matricer. De styrer direkte størrelsen af ​​partiklerne og bygger materialets struktur, " forklarer Rafael Luka, direktør for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine. "Vores tilgang giver dig mulighed for at stoppe med at bruge dem. Vi har allerede testet en af ​​de mulige anvendelser af de opnåede nanopartikler. Carbon nanosfærer indeholdende nitrogen uden yderligere aktivering blev brugt som en superkondensator og demonstrerede potentialet til at blive brugt inden for energiomdannelse og opbevaring."