In het journaal Natuurcommunicatie , een interdisciplinair team van het Max Planck Institute of Colloids and Interfaces presenteert voor het eerst een lasergestuurde technologie waarmee ze nanodeeltjes zoals koper, kobalt- en nikkeloxiden. Met de gebruikelijke afdruksnelheid, op deze manier worden foto-elektroden geproduceerd, bijvoorbeeld, voor een breed scala aan toepassingen zoals de opwekking van groene waterstof.

Eerdere methoden produceren dergelijke nanomaterialen alleen met een hoge energie-input in klassieke reactievaten en in vele uren. Met de lasergestuurde technologie die aan het instituut is ontwikkeld, de wetenschappers kunnen kleine hoeveelheden materiaal op een oppervlak deponeren en tegelijkertijd chemische synthese uitvoeren in een zeer korte tijd met behulp van hoge temperaturen van de laser. "Toen ik de nanokristallen ontdekte onder de elektronenmicroscoop, Ik wist dat ik iets groots op het spoor was, " zegt Junfang Zhang, eerste auteur van de studie en doctoraatsonderzoeker. De ontdekking veranderde in een nieuwe en milieuvriendelijke methode voor het synthetiseren van materialen die, onder andere, zonne-energie efficiënt omzetten in elektriciteit.

Zonder omwegen met zonlicht naar waterstof:"Tegenwoordig wordt de meeste groene waterstof geproduceerd uit water met behulp van elektriciteit opgewekt door zonnepanelen en opgeslagen in batterijen. Door gebruik te maken van foto-elektroden kunnen we zonnelicht direct gebruiken, " zegt Dr. Aleksandr Savateev.

Het nieuw ontwikkelde principe werkt met zogenaamde overgangsmetaaloxiden, voornamelijk koper, kobalt- en nikkeloxiden, allemaal goede katalysatoren. Het bijzondere van deze oxiden is de verscheidenheid van hun kristalvormen (nanokristallen zoals nanostaafjes of nanosterren), die hun oppervlakte-energie beïnvloeden. Elke structuur kan een ander effect hebben op katalytische reacties. Daarom, het is belangrijk dat deze nanostructuren gericht of zelfs ongericht kunnen worden gemaakt, maar herhaalbaar. De ontwikkelde technologie zou ook kunnen worden gebruikt om snel en efficiënt nieuwe katalysatoren te vinden. "Laserpunt voor laserpunt, we kunnen verschillende katalysatoren naast elkaar creëren door simpelweg de samenstelling en omstandigheden te variëren, en test ze dan ook meteen parallel, " zegt Dr. Felix Löffler en voegt eraan toe:"Maar nu moeten we werken aan het persistenter maken van de katalysatorsystemen in alle toepassingen."

De methode

Vergelijkbaar met het principe van een typemachine, materiaal wordt overgedragen van een donor naar een acceptordrager. Op de eerste is de 'inkt, " een vast polymeer, die wordt gemengd met metaalzouten, de laatste bestaat uit een dunne koolstofnitridefilm op een geleidende elektrode. Gerichte laserbestraling brengt de zouten samen met het gesmolten polymeer naar de acceptor. De korte hoge temperaturen zorgen ervoor dat de zouten binnen milliseconden reageren en ze transformeren in metaaloxide nanodeeltjes met de gewenste morfologie.