Nanochemie ontmoet macrostructuren:Chinese wetenschappers rapporteren de synthese van een macroscopische aerogel uit carbonitride-nanomaterialen die een uitstekende katalysator is voor de watersplitsingsreactie onder bestraling met zichtbaar licht. De studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie voegt nieuwe mogelijkheden toe aan de materiaaleigenschappen van van melamine afgeleide carbonitriden.

Melamine kan worden gepolymeriseerd met formaldehyde om een ​​zeer duurzame en lichte hars te geven, maar het kan ook worden gecondenseerd om nanostructuren van carbonitridematerialen te vormen. Deze assemblages van koolstof en stikstof combineren het honingraatachtige elektronisch actieve netwerk van grafeen met wat extra functionaliteit van stikstof. Zoekend naar manieren om deze nanostructuren te assembleren tot een stabiele macroscopische architectuur, Xinchen Wang en zijn team aan de Fuzhou University in China hebben nu een katalytisch zeer actief en stabiel lichtgewicht materiaal gemaakt, die goed dienst doet bij kunstmatige fotosynthese en zeer interessante structurele en elektronische eigenschappen biedt.

Aerogels zijn gels maar zonder water - tot negenennegentig procent van hun structuur is lucht. Deze porositeit geeft ze een enorm oppervlak dat ideaal is voor katalytische of sensorische toepassingen. Aangezien carbonitriden materialen zijn met een zeer interessante nanostructuur en grafeenachtige eigenschappen, maar stikstoffunctionaliteit, er is lang naar gestreefd om ze in een gecontroleerd macroscopisch samenstel te brengen. "Omdat CN rijk is aan stikstofhoudende groepen, er wordt verwacht dat CN mogelijk interessant assemblagegedrag vertoont, zoals eiwitten of peptiden in biologische systemen, " zeiden de auteurs.

Het verbeterde oppervlak en het hogere aantal katalytische locaties zouden deze aerogels zeer functionele macroscopische materialen maken. Gebruikmakend van alleen fysieke krachten tussen de deeltjes die intrinsiek zijn aan de nanodeeltjes, de wetenschappers bereidden de aerogel voor door een colloïdale waterige oplossing van carbonitride-nanodeeltjes te maken om eerst in een hydrogel te bezinken, vervolgens omzetten in een stabiele aerogel door een conventionele vriesdroogtechnologie. "Deze methode heeft verschillende voordelen, inclusief schaalbaarheid voor massaproductie en lage kosten, " zeiden de auteurs. In combinatie met een platina co-katalysator, de aerogel was veel beter een fotokatalysator voor waterstofontwikkeling dan het bulkcarbonitride, en waterstofperoxide werd gegenereerd uit zuiver water onder bestraling met zichtbaar licht toen het bulkcarbonitride faalde.

Dus, door krachten te bundelen van chemische en fysische eigenschappen van nano- tot macroschaal, ze hebben een nieuw lichtgewicht materiaal gecreëerd met uitstekende katalytische vooruitzichten. Deze veelbelovende toepassing van melamine-bouwstenen wijst de weg naar nieuwe materialen, en staat ver af van de gevestigde massaproductie van de lichte en duurzame, maar niet zo thermostabiele melamine plastic schalen.