(Phys.org) — Een groot team van onderzoekers, waarvan de meeste zijn gevestigd in Korea, is erin geslaagd het proces van galvanische vervangingsreacties uit te breiden tot ionische verbindingen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , het team beschrijft hoe ze voorgevormde nanokristallen gebruikten om als sjabloon te dienen om holle doosvormige nanokristallen te produceren.

In de begindagen van het onderzoek naar nanomaterialen, scheikundigen bouwden omgevingen voor het creëren van nieuwe op nanokristallen gebaseerde materialen met behulp van de juiste mix van oplosmiddelen, oppervlakteactieve stoffen en moleculaire voorlopers. Vervolgens experimenteerden ze met manieren om ervoor te zorgen dat de atomen in de mix zichzelf in de gewenste vorm assembleren. Recenter, onderzoekers hebben ontdekt dat een betere manier is om voorgevormde nanokristallen te gebruiken als sjabloon voor het maken van nieuwe materialen. Door chemicaliën toe te voegen, worden ze op de gewenste manier veranderd, wat resulteert in nanodeeltjes met unieke eigenschappen. Met metalen nanokristallen, atomaire uitwisselingsreacties kunnen tot stand worden gebracht door gebruik te maken van de verminderde potentiaalverschillen tussen een metaal in een sjabloon en metaalionen in een oplossing - een methode die bekend staat als galvanische vervanging. Aan de basis, het is een proces van atomaire diffusie - atomen worden veroorzaakt om weg te gaan van een structuur, het creëren van vacatures. Tot nu, echter, deze methode is beperkt tot metalen. In deze nieuwe poging het galvanische vervangingsproces wordt uitgebreid tot ionische verbindingen.

Om het galvanische vervangingsproces te laten werken met ionische verbindingen, de onderzoekers gebruikten redox-koppelreacties tussen multivalente metaalionen. Specifieker, toen ze ervoor zorgden dat nanokristallen van mangaanoxide reageerden met ijzerpercholaat, een nieuw type nanokristal werd gecreëerd in de vorm van holle dozen die uiteindelijk evolueerden tot holle kristallen die op kooien leken. Door hun vorm, de onderzoekers noemden ze 'nanocages'. Het proces werkt omdat ionen met een hogere oxidatietoestand in mangaan van nature worden vervangen door ionen met een lagere oxidatietoestand in de oplossing.

De resultaten van het team tonen aan dat ionische verbindingen gemakkelijk en goedkoop kunnen worden gebruikt als sjablonen om nieuwe en bruikbare materialen op basis van nanokristallen te maken. Verder onderzoek, Ze stellen voor, zal waarschijnlijk leiden tot creaties van nanomaterialen die alleen worden beperkt door de verbeelding.

Voor nu, de onderzoekers suggereren dat het nieuwe type nanokristallen nuttig kan zijn in een breed scala aan toepassingen, variërend van energieproductie, tot biotechnologie en elektronica, en misschien zelfs als anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen.

© 2013 Phys.org