Synthese van de paddle-achtige multi-chambered nanoreactor. Route 1: Schematisch van het paddle-achtige meer-gekoppelde nanodeeltjes via de zwelling van de nanodroplet en de daaropvolgende lijmende strategie. Route 2: De nanodroplet zwelling in combinatie met de stapsgewijze functionele co-assemblystrategie voor de multifunctionele architecturen. NP’s, functionele componenten (nanokristal of nanodeeltjes). Credit: Ma et al. (Nature Nanotechnology, 2025).
Recente technologische vooruitgang heeft nieuwe mogelijkheden geopend voor de efficiënte en duurzame synthese van verschillende waardevolle chemicaliën. Sommige van deze vorderingen zijn gebaseerd op nanotechnologieën, systemen of technieken die zijn ontworpen om materialen of apparaten op de nanometerschaal te ontwerpen en te bestuderen.
Nanoreactoren zijn nanotechnologieën die zijn ontworpen om chemische reacties in beperkte ruimtes te hosten en te regelen. Deze kleine structuren dienen als kleine “reactievaten” die de precieze manipulatie van de reactanten, katalysatoren en aandoeningen mogelijk maken om de gewenste chemische reacties op te wekken.
Onderzoekers aan de Inner Mongolia University, Fudan University en Julin University in China hebben onlangs een nieuwe paddle-achtige mesoporeuze silica nanoreactor ontwikkeld die zichzelf kan roeren wanneer ze worden blootgesteld aan een roterend magnetisch veld. Deze nanoreactor, in een paper beschreven gepubliceerd in Natuurnanotechnologiekunnen chemicaliën op moleculair niveau mengen, de efficiëntie van reacties verbeteren en dus mogelijk de synthese van verschillende verbindingen verbeteren.
“Het ontwikkelen van kunstmatige nanomateriaalsystemen die externe stimuli kunnen converteren om zelfvoorzienende beweging op nanoschaal te bereiken (bijvoorbeeld zelfrotatie), en tegelijkertijd de ruimtelijke lokalisatie van meerdere actieve locaties van meerdere actieve locaties te integreren en te implementeren om de intraparticle-diffusiepatronen van moleculen te maken, schreven Yuzhu Ma, Peiting Guo en hun papier.
“We tonen een paddle-achtig zelfstirring mesoporeus silica nanoreactor-systeem met gescheiden kamers en controleerbare nabijheid van actieve locaties.”
De nieuwe nanoreactor ontwikkeld door MA, Guo en hun medewerkers is in wezen een kleine, sponsachtige structuur met poriën waardoor moleculen kunnen passeren. Met name wanneer een roterend magnetisch veld erop wordt toegepast, kan deze sponsachtige structuur zichzelf autonoom roteren, waardoor een roerbeweging wordt geproduceerd die chemicaliën op moleculair niveau mengt.
De nanoreactor van het team bevat magnetische ijzeroxide (Fe₃o₄) deeltjes die de rotatie initiëren, evenals goud (AU) en palladium (PD) nanokristallen gescheiden in verschillende kamers. Dit karakteristieke ontwerp vergemakkelijkt het mengen van katalysatoren op nanoschaalniveau, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor de meer precieze controle en verbetering van chemische reacties die nodig zijn om specifieke verbindingen te produceren.
“De nanoreactoren zijn ontworpen door magnetische Fe inkapselen3O4 (~ 20 nm) in de eerste kamer, en ondertussen zijn AU- en PD -nanokristallen ruimtelijk geïsoleerd in verschillende domeinen, “verklaarde MA, Guo en hun collega’s.
“Een dergelijke nanoreactor genereert rotatie op nanoschaal onder de roterende magnetische velden en vertoont een volgorde van grootte-activiteitsverbetering in de cascade-synthese van 5,6-dimethylfenanthridinium (96,4% selectiviteit) vergeleken met conventionele macro-stirring. van zelfafstands- en nabijheidseffecten bij het beheersen van de katalytische prestaties. “
Als onderdeel van hun studie gebruikten MA, Guo en hun collega’s hun peddelachtige nanoreactor om de organische verbinding 5,6-dimethylfenanthridinium te synthetiseren, die veel wordt gebruikt om industriële materialen te creëren, evenals in de medische en farmaceutische industrie.
De onderzoekers konden deze verbinding synthetiseren met een opmerkelijke selectiviteit van 96,4%, wat aanzienlijk hoger is dan de selectiviteit die wordt opgeleverd door conventionele macro-stirringtechnieken.
In de toekomst zou de nieuw geïntroduceerde nanoreactor verder kunnen worden verbeterd en worden toegepast op de synthese van andere verbindingen. Bovendien zou het onderliggende ontwerp snel de ontwikkeling van vergelijkbare nanotechnologieën kunnen inspireren die de efficiëntie en duurzaamheid van chemische productie- of syntheseprocessen kunnen verbeteren.
Meer informatie:
Yuzhu Ma et al, paddle-achtige zelfstirrerende nanoreactoren met meer-gekoppelde mesoporeuze takken voor verbeterde dual-dynamische cascade-reacties, Natuurnanotechnologie (2025). Doi: 10.1038/s41565-025-01915-2.
Dagboekinformatie:
Natuurnanotechnologie
