Forskere udvider galvaniske erstatningsreaktioner til metaloxid -nanokrystaller

(Phys.org) - Et stort team af forskere, hvoraf de fleste er baseret i Korea, er det lykkedes at udvide processen med galvaniske udskiftningsreaktioner til ioniske forbindelser. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , teamet beskriver, hvordan de brugte præformede nanokrystaller til at tjene som en skabelon til at producere hule kasseformede nanokrystaller.

I de tidlige dage med nanomaterialeforskning, kemikere byggede miljøer til oprettelse af nye nanokrystalbaserede materialer ved hjælp af den korrekte blanding af opløsningsmidler, overfladeaktive stoffer og molekylære forstadier. De eksperimenterede derefter med måder at få atomerne i blandingen til selv at samle sig til den ønskede form. For nylig, forskere har fundet ud af, at en bedre måde er at bruge præformede nanokrystaller til at tjene som en skabelon til fremstilling af nye materialer. Tilføjelse af kemikalier får dem til at blive ændret på ønskede måder, hvilket resulterer i nanopartikler med unikke egenskaber. Med metal nanokrystaller, atomudvekslingsreaktioner kan udføres ved at drage fordel af de reducerede potentialeforskelle mellem et metal i en skabelon og metalioner i en opløsning - en metode kendt som galvanisk udskiftning. I sin base, det er en atomdiffusionsproces - atomer får bevæget sig væk fra en struktur, oprette ledige stillinger. Indtil nu, imidlertid, denne metode har været begrænset til metaller. I denne nye indsats, den galvaniske udskiftningsproces udvides til ioniske forbindelser.

For at få den galvaniske udskiftningsproces til at fungere med ioniske forbindelser, forskerne brugte redox-parreaktioner mellem multivalente metalliske ioner. Mere specifikt, når de fik manganoxid -nanokrystaller til at reagere med jernpercholat, en ny type nanokrystal blev skabt i form af hulformede kasser, der til sidst udviklede sig til hule krystaller, der lignede bure. På grund af deres form, forskerne kaldte dem "nanokager". Processen fungerer, fordi ioner med højere oxidationstilstande i mangan naturligt erstattes af ioner med lavere oxidationstilstand i opløsningen.

Teamets resultater viser, at ioniske forbindelser let og billigt kan bruges som skabeloner til at skabe nye og nyttige nanokrystalbaserede materialer. Yderligere forskning, de foreslår, sandsynligvis vil føre til nanomaterialer, der kun er begrænset af fantasien.

For nu, forskerne foreslår, at den nye type nanokrystaller kan være nyttige i en lang række applikationer lige fra energiproduktion, til bioteknologi og elektronik, og måske endda som et anodemateriale til litiumionbatterier.

© 2013 Phys.org