Een team van wetenschappers uit de hele VS heeft een nieuwe manier gevonden om moleculaire verbindingen te maken die een bepaalde klasse materialen opwindende nieuwe eigenschappen kunnen geven, inclusief het verbeteren van hun vermogen om chemische reacties te katalyseren of energie uit licht te halen.

In een nieuwe studie, onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), de Universiteit van Californië-Los Angeles, de Universiteit van Californië-Santa Barbara, Purdue University en de University of Oregon hebben een methode ontwikkeld om gekoppelde netwerken van metaaloxiden te creëren die interessante katalytische of elektronische eigenschappen kunnen hebben.

Metaaloxiden zijn interessant voor wetenschappers vanwege hun unieke elektronische en chemische eigenschappen. Sommige, zoals titaandioxide, worden vaak gebruikt in fotovoltaïsche en fotokatalytische toepassingen vanwege hun vermogen om licht te absorberen.

De sleutel tot het vormen van deze metaaloxidenetwerken is boor, die, wanneer uitgegloeid met metaaloxiden, leidt tot de vorming van thermisch robuuste en stabiele onderling verbonden clusters die fungeren als lijmstrengen die een metaaloxideweb verbinden.

"Deze lijm heeft het vermogen om een ​​belangrijk onderdeel te zijn van het gehele reactieve systeem, het veranderen van de eigenschappen die de metaaloxiden alleen hadden, " zei Alexander Spokoyny, een chemicus aan de UCLA.

De vorming van het boor-metaaloxide-netwerk biedt een startpunt voor toekomstige studies van verschillende materialen die hun eigen natuurlijke eigenschappen zouden kunnen combineren met het extra voordeel van een vergelijkbare "verknoopte" structuur.

"Wij willen weten, bijvoorbeeld, als we onze kennis van dit gaas kunnen overbrengen op een materiaal als siliciumdioxide. De fotokatalytische eigenschappen van deze materialen zijn buitengewoon in vergelijking met titaniumdioxide, " zei Argonne-chemicus Max Delferro.

In de toekomst, de onderzoekers proberen een manier te ontwerpen om precies op maat gemaakte materialen te maken door te perfectioneren hoe de onderling verbonden clusters van boor "lijm" worden afgewisseld in het metaaloxide. "Als we deze moleculen precies kunnen hechten waar we ze willen hebben, het geeft ons een krachtig vermogen om hybride materialen te maken en te begrijpen met een breed scala aan toepassingen, ' zei Spokoyny.

Omdat deze materialen zo nieuw zijn, de onderzoekers denken dat ze veel onbenut potentieel hebben. "We beweren op geen enkele manier dat de missie volledig is volbracht; er zijn nog steeds delen van de chemie die we niet volledig begrijpen en waarderen, ' zei Delferro.

Het onderzoeksteam omvatte Argonne-chemicus Karena Chapman, die werkt bij de Advanced Photon Source (APS) van het laboratorium, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. Chapman en Spokoyny ontmoetten elkaar toen ze werden genoemd naar Chemisch en technisch nieuws 'Getalenteerde Twaalf' lijst in 2016, en de samenwerking tot stand gebracht die tot het onderzoek heeft geleid.

Volgens Chapman, lid van de Structural Sciences Group in de divisie APS X-ray Science, de structurele karakterisering van het materiaal omvatte het gebruik van röntgenpaarverdelingsfunctie-analyse uitgevoerd bij het APS, die lokale structurele informatie geeft over de relatieve atoomposities.

Chapman, Delferro en Spokoyny merkten op dat de inspanningen van het onderzoeksteam om dit nieuwe materiaal te produceren en te analyseren net zo met elkaar verbonden waren als het ontdekte hybride materiaal zelf. "Er zijn verknopingen op zowel moleculair als menselijk niveau, " zei Delferro. "Dit werk bewijst dat we beter werken en sterker zijn als we verbonden zijn."

Een paper gebaseerd op het onderzoek, "Een moleculaire cross-linking-benadering voor hybride metaaloxiden, " verscheen in het nummer van 5 maart van Natuurmaterialen .