Kleine deeltjes titaandioxide zijn de belangrijkste ingrediënten in muurverven, zonnebrandmiddelen, en tandpasta; ze fungeren als reflectoren van licht of als schuurmiddelen. Maar met afnemende deeltjesgrootte en een overeenkomstige verandering in hun oppervlakte-tot-volumeverhouding, hun eigenschappen veranderen zodat kristallijne titaniumdioxide-nanodeeltjes een katalytisch vermogen krijgen:geactiveerd door de UV-component in zonlicht, ze breken toxines af of katalyseren andere relevante reacties.

Nutsvoorzieningen, Dr. Katja Henzler en een team van chemici van het Helmholtz Center Berlin hebben een synthese ontwikkeld om nanodeeltjes bij kamertemperatuur in een polymeernetwerk te produceren. Hun analyse, uitgevoerd bij BESSY II, de synchrotronstralingsbron van Berlijn, heeft de kristallijne structuur van de nanodeeltjes onthuld. Dit betekent een grote stap voorwaarts in het gebruik van polymere nanoreactoren, aangezien, tot voor kort, de nanodeeltjes moesten grondig worden verwarmd om ze te laten kristalliseren. De laatste synthesestap kan worden bespaard vanwege de speciale omgeving binnen het PNIPAM-netwerk.

De polymere nanoreactoren van het Henzler-team bestaan ​​uit een polystyreenkern omgeven door een netwerk van PNIPAM-ketens. Een titaniumverbinding werd toegevoegd aan een ethanolische oplossing van de polymeercolloïden, die de vorming van kleine titaniumdioxidedeeltjes in het PNIPAM-netwerk heeft veroorzaakt. De BESSY II-experimenten toonden aan dat de chemici de snelheid van deze processen konden beheersen en tegelijkertijd de kwaliteit van de gevormde nanokristallen konden beïnvloeden.

Met behulp van de nieuwe combinatie van röntgenmicroscopie en spectroscopie (NEXAFS-TXM, U41-SGM) bij BESSY II, Henzler en het microscopieteam konden aantonen dat de nanodeeltjes homogeen verdeeld zijn over de polymere nanoreactoren. De onderzoekers onderzochten hun monsters in een cryogene waterige omgeving, die de vorming van artefacten door het drogen van het monster voorkomt. Uit hun analyse bleek dat de nanodeeltjes een kristallijne structuur hebben. "De nanokristallen hebben een tetragonale anatasestructuur en deze kristalstructuur is een sleutel tot hun katalytische prestaties. Bovendien, onze nieuwe analytische methode stelt ons in staat om de kwaliteit van de gesynthetiseerde deeltjes te controleren, zodat we ze kunnen optimaliseren voor relevante toepassingen, ’ zegt Katja Henzler.