Op damp gebaseerde methode regelt de kristalliniteit van poriënwanden in nanospaces

Metaaloxidematerialen met nanoschaalporiën zijn aangebracht en bestudeerd in een breed scala aan velden, waaronder als katalysatoren, adsorptie- en scheidingsmaterialen en energiematerialen. Onder hen zijn single-kristallijne nanoporeuze metaaloxiden-met onderling verbonden nanoporiën in een enkel kristal-vooral lucratief. Ze hebben onlangs de aandacht getrokken als unieke materialen die de gewenste eigenschappen van nanoporeuze materialen combineren, zoals een hoog specifiek oppervlak en een groot porievolume, met die van enkele kristallen.

Hoewel metaaloxide-nanoporeuze structuren conventioneel zijn gesynthetiseerd door de nanostructuur van oppervlakteactieve micellen, silica en koolstof als sjablonen te repliceren, is de bereiding van single-kristallijne nanoporeuze materialen over het algemeen moeilijk, met beperkte succesvolle benaderingen. Er zijn nog steeds onopgeloste problemen, zoals moeilijkheden bij het beheersen van het nucleatie- en kristalgroeiproces in sjablonen, evenals beperkte composities die kunnen worden gesynthetiseerd.

Nu heeft een team van onderzoekers van het Department of Applied Chemistry, Faculteit Wetenschap en Engineering, Waseda University, Japan, een nieuwe methode ontwikkeld voor het synthetiseren van moeilijk te bereiden single-crystallijne nanoporeuze metaaloxiden met gelijktijdige controle over hun samenstelling, poreuze structuur en kristalgrootte.

Het team werd geleid door universitair docent Takamichi Matsuno, waaronder Daichi Oka, Kohei Takaoka en professor Atsushi Shimojima. Hun bevindingen waren gepubliceerd in het dagboek Chemie van materialen.

Matsuno zegt: “IJzer is een overvloedig metaal op aarde en ijzeroxiden worden gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder katalysatoren, elektroden, magnetische apparaten en sensoren. Daarom hebben we ons gericht op α-FE₂O₃een type ijzeroxide en bereikte gelijktijdige controle van zijn poriestructuur en kristallietgrootte door de beperkte kristalgroei op chemische stof-kapor (C (C³) Methode. “

Hierin heeft het team een FECL geïmpregneerd₃ Voorloper waterige oplossing en gedroogd in een poreus materiaal bestaande uit silica nanosferen. Als gevolg hiervan werd een oxide gevormd door het in de lucht te verwarmen. Daarna hebben de onderzoekers de siliciumsjabloon opgelost in een eenvoudige waterige oplossing om driedimensionaal geordende nanoporeuze quasi-single-kristallijne a-fe te verkrijgen₂O₃ met een ellipsoïde morfologie en gemiddelde deeltjesafmetingen van ~ 1,1 μm (kleine as) en ~ 1,6 μm (grote as).

“Verwarmijzerchloriden in de sjabloon veroorzaakt nucleatie en kristalgroei van α-FE₂O₃ Via FeOCl door dampfase transport. Als gevolg hiervan hebben we nanoporeuze a-FE verkregen₂O₃ met een grotere en meer uniforme kristallietgrootte dan die bereid met de eerder gerapporteerde Fe (nee₃))₃ Hydrate voorloper, “zegt Matsuno.

Bovendien vertoonde het bereide nanoporeuze materiaal een hoge hittebestendigheid en hoge katalytische activiteit in de foto-Fenton-reactie in vergelijking met de conventionele nanoporeuze analogen, met het nut van nanoporeuze structuren met single-kristallijne poreuze wanden.

Op deze manier bieden de resultaten van dit onderzoek een nieuwe manier om de prestaties van nanomaterialen te verbeteren en wordt verwacht dat ze een rimpeleffect hebben in een breed scala aan velden, waaronder katalysatoren en energieconversiematerialen die bijdragen aan de realisatie van koolstofneutraliteit. Bovendien is dit werk een belangrijke uitdaging in de synthetische chemie van materialen, waardoor de weg wordt vrijgesproken voor het creëren van een reeks materialen met uitstekende eigenschappen door precieze en flexibele controle.

Over het algemeen de voorgestelde C³ Methode om metaalchloriden te vervluchtigen en te oxideren in nanoporeuze materialen biedt mogelijk een universele benadering voor het beheersen van de factoren die hun eigenschappen beïnvloeden.