Forskere beskriver nanoclays, en innovativ tilføjelse til værktøjer til kemikere

Mikroskopiske materialer lavet af ler, designet af forskere ved University of Missouri, kan være nøglen til fremtiden for syntetisk materialekemi. Ved at gøre det muligt for forskere at producere kemiske lag, der er skræddersyet til at levere specifikke opgaver baseret på målene for den enkelte forsker, kan disse materialer, kaldet nanoclays, bruges i en lang række applikationer, herunder det medicinske område eller miljøvidenskab.

En artikel, der beskriver denne forskning, er offentliggjort i tidsskriftet ACS Applied Engineering Materials .

En grundlæggende del af materialet er dets elektrisk ladede overflade, sagde Gary Baker, co-principal investigator på projektet og en lektor i Institut for Kemi.

"Forestil dig en koosh-bold, hvor de tusindvis af gummitråde, der udstråler fra boldens kerne, hver især har en elektrisk ladet perle på enden," sagde Baker.

"Det er analogt med en magnet - positivt ladede ting vil holde sig til negativt ladede ting. For eksempel kan positivt ladede nanoler tiltrække en gruppe af skadelige fluorholdige kemikalier kendt som PFAS eller "for evigt kemikalier", som er negativt ladede. Eller ved at lave nanoleret negativt ladet, kan det klæbe til ting som f.eks. tungmetalioner som cadmium, som er positivt ladet, og hjælpe med at fjerne dem fra en forurenet vandmasse."

Ud over den elektriske ladning kan hver nanoler tilpasses med forskellige kemiske komponenter, som at blande og matche forskellige dele. Dette gør dem anvendelige i design af diagnostiske sensorer til biomedicinsk billeddannelse eller eksplosiv- og ammunitionsdetektion.

"I bund og grund repræsenterer disse nanoler kemiske byggesten designet med specifikke funktioner, som er samlet i ekstremt tynde, todimensionelle mikroskopiske ark - tyndere end en streng af menneskelig DNA og 100.000 gange tyndere end et ark papir," sagde Baker.

"Vi kan tilpasse funktionen og formen af ​​de kemiske komponenter, der præsenteres på overfladen af ​​nanoleret for at lave, hvad vi vil bygge. Vi har lige afsløret toppen af ​​isbjerget for, hvad disse materialer kan gøre."

Todimensionelle materialer er meget eftertragtede, fordi de overfladisk kan belægge ydersiden af ​​en voluminøs genstand i et tyndt, konformt lag og introducere helt andre overfladeegenskaber end objektet nedenunder.

"Ved at blande og matche nogle få ting som forskellige ioner eller guld-nanopartikler, kan vi hurtigt designe kemi, der aldrig har eksisteret før, og jo mere vi skræddersyer det, jo mere åbner det en bredere række af applikationer," sagde Baker.

Medforfattere til undersøgelsen er Nathaniel Larm ved United States Naval Academy, Durgesh Wagle ved Florida Gulf Coast University og Piyuni Ishtaweera og Angira Roy ved MU.

Flere oplysninger: Nathaniel E. Larm et al., overfladeprogrammerbare polykationiske nanolerstøtter, der giver 100.000 omsætningsfrekvenser pr. time for en nanokatalyseret kanonisk nitroarenreduktion, ACS-anvendte ingeniørmaterialer (2023). DOI:10.1021/acsaenm.3c00243

Leveret af University of Missouri