Opkomst van een nieuwe heteronanostructuurbibliotheek

Het organiseren van functionele objecten in een complexe, geavanceerde architectuur op nanoschaal kan hybride materialen opleveren die hun solo-objecten enorm overtreffen en spannende routes bieden naar een spectrum van toepassingen. Ontwikkelingen in de synthetische chemie in de afgelopen decennia hebben een bibliotheek van hybride nanostructuren mogelijk gemaakt, zoals core-shell, fragmentarisch, dimeer en hiërarchisch / vertakt.

Desalniettemin worden de materiaalcombinaties van deze niet-van der Waals vaste stoffen grotendeels beperkt door de regel van aan het rooster aangepaste epitaxie.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Yu Shuhong van de University of Science and Technology of China (USTC) heeft een nieuwe klasse heteronanostructuren gerapporteerd die zij axiale superrooster-nanodraden (ASLNW’s) noemen, die grote rooster-mismatch-tolerantie en dus enorme materiaalcombinaties mogelijk maken. Het onderzoeksartikel getiteld “One-Dimensional Superlattice Heterostructure Library” werd gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society op 12 mei.

Om de voorspelbare, zeer nauwkeurige synthese van een bibliotheek van ASLNW’s te bereiken, ontwierpen ze een axiale coderingsmethodologie die regiospecificiteit voor chemoselectieve transformatie mogelijk maakt.

Ze gingen uit van een vooraf ontworpen, herconfigureerbaar raamwerk op nanoschaal en hebben vervolgens de aangrenzende subobjecten chemisch ontkoppeld door gebruik te maken van de reactiethermodynamica en -kinetiek. Op deze manier bereikten ze een bibliotheek van negen verschillende ASLNW’s met in principe talrijke geometrische afgeleiden.

Door de reactieselectiviteit te reguleren, waren ze in staat om op aanvraag de composities, afmetingen, kristalfasen, interfaces en periodiciteit in ASLNW’s te programmeren. Dankzij dergelijke controle op hoog niveau bereikten ze uiteindelijk superieure fotokatalytische prestaties met behulp van geoptimaliseerde ASLNW’s.

De resultaten werpen nieuwe licht op het creëren van nanostructuren van hoge orde met verhoogde complexiteit en verbeterde functies, die aanzienlijke gevolgen zouden hebben voor een breed scala aan toepassingen in de omzetting van zonne-energie en opto-elektronica.