Als een nieuwe klasse van poreuze materialen, edele metalen aerogels (NMA's) hebben de aandacht getrokken vanwege hun zelfdragende architecturen, grote oppervlakten en hun vele optisch en katalytisch actieve plaatsen, waardoor indrukwekkende prestaties op diverse gebieden mogelijk zijn.

Echter, huidige fabricagemethoden lijden aan lange fabricageperioden, onvermijdelijke onzuiverheden, en ongecontroleerde meerschalige structuren, praktische toepassingen ontmoedigen.

Dr. Ran Du uit China is sinds 2017 Alexander von Humboldt-onderzoeker aan de TU Dresden. In samenwerking met de Dresdense chemici Dr. Jan-Ole Joswig en professor Alexander Eychmüller, ze hebben onlangs een nieuwe vries-dooimethode ontwikkeld die in staat is om multi-schaal gestructureerde aerogels van edelmetaal te verkrijgen als superieure foto-elektrokatalysatoren voor elektro-oxidatie van ethanol, hun toepassing voor brandstofcellen te promoten.

Hun werk is nu gepubliceerd als een coververhaal in Internationale editie van Angewandte Chemie , getiteld "Freeze-Thaw-bevorderde fabricage van schone en hiërarchisch gestructureerde edelmetaalgels voor elektrokatalyse en foto-elektrokatalyse."

Ran Du en zijn team vonden in hun eerdere werk ongebruikelijke zelfgenezende eigenschappen van gels van edelmetaal. Geïnspireerd door deze bevindingen, een vries-dooimethode werd ontwikkeld als een additiefvrije benadering om oplossingen van verdunde metalen nanodeeltjes (concentratie van 0,2-0,5 mM) direct te destabiliseren.

Bij bevriezing, grote aggregaten werden gegenereerd als gevolg van de geïntensiveerde uitzoutingseffecten als gevolg van de dramatisch verhoogde lokale concentratie van opgeloste stoffen; In de tussentijd, ze werden gevormd op micrometerschaal door in situ gevormde ijskristallen.

Na het ontdooien, aggregaten vestigden zich en werden samengevoegd tot monolithische hydrogels als gevolg van hun zelfherstellende eigenschappen. Gezuiverd en gedroogd, schone hydrogels en de overeenkomstige aerogels werden verkregen.

Door de hiërarchisch poreuze structuren, de netheid, en de gecombineerde katalytische/optische eigenschappen, de resulterende goud-palladium (Au-Pd) aerogels bleken indrukwekkende door licht aangedreven foto-elektrokatalytische prestaties te vertonen, levert een stroomdichtheid tot 6,5 keer hoger dan die van commercieel palladium-op-koolstof (Pd/C) voor de ethanoloxidatiereactie.

"Het huidige werk biedt een nieuw idee om schone en hiërarchisch gestructureerde gelmaterialen rechtstreeks uit verdunde voorloperoplossingen te maken, en het moet zich aanpassen aan verschillende materiaalsystemen voor verbeterde toepassingsprestaties voor katalyse en daarbuiten, " zegt chemicus Ran Du.