Wetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory (NRL) Materials Science and Technology Division hebben een nieuw eenstapsproces ontwikkeld met behulp van:voor het eerst in dit soort syntheses, kaliumsuperoxide (KO2) om snel oxide-nanodeeltjes te vormen uit eenvoudige zoutoplossingen in water.

"Typisch, de synthese van oxide-nanodeeltjes omvat de langzame reactie van een zwak oxidatiemiddel, zoals waterstofperoxide, met verdunde oplossingen van metaalzouten of complexen in zowel waterige als niet-waterige oplosmiddelsystemen, " zei Dr. Thomas Sutto, NRL onderzoekschemicus. "De snelle exotherme reactie van kaliumsuperoxide met de zoutoplossingen resulteert in de vorming van onoplosbare oxide- of hydroxide-nanodeeltjes."

Een belangrijk voordeel van deze methode is de mogelijkheid om grote hoeveelheden materialen te creëren. NRL heeft aangetoond dat grote hoeveelheden (meer dan 10 gram) oxide-nanodeeltjes in één stap kunnen worden bereid, wat een ongeveer vier orden van grootte hogere opbrengst is dan veel andere methoden. De metaalconcentraties, meestal in de millimolair (mM) hoeveelheid, laag moeten zijn om aggregatie van de nanodeeltjes in grotere clusters te voorkomen, wat de hoeveelheid materiaal die tegelijkertijd kan worden bereid aanzienlijk zou kunnen beperken.

Van oxide-nanodeeltjes is aangetoond dat ze cruciale componenten zijn in tal van toepassingen, waaronder elektronische en magnetische apparaten, energieopslag en -opwekking, en medische toepassingen zoals magnetische nanodeeltjes voor gebruik in magnetische resonantie beeldvorming (MRI). In al deze toepassingen deeltjesgrootte is van cruciaal belang voor het nut en de functie van oxide-nanodeeltjes - verminderde deeltjesgrootte resulteert in een groter oppervlak, die de prestaties van het oxide-nanodeeltje aanzienlijk kan verbeteren.

Om de brede toepasbaarheid van deze nieuwe methode aan te tonen, oxide- of hydroxide-nanodeeltjes zijn bereid uit representatieve elementen uit het hele periodiek systeem om snel oxiden of hydroxiden ter grootte van nanometers te produceren. Naast de elementen die in de bovenstaande afbeelding zijn omgezet in oxide-nanodeeltjes, er is ook aangetoond dat oxide-nanodeeltjes kunnen worden bereid uit overgangsmetalen van de tweede en derde rij, en zelfs halfmetalen zoals tin, bismut, thallium en lood.

Een opwindend aspect van deze techniek is dat het ook kan worden gebruikt om mengsels van nanodeeltjes te produceren. Dit is aangetoond door complexere materialen te maken, zoals lithiumkobaltoxide - een kathodemateriaal voor lithiumbatterijen; bismut-mangaanoxide - een multiferroïsch materiaal; en een 90 graden Kelvin (K) supergeleidend Yttrium barium koperoxide materiaal. Als zodanig, deze nieuwe synthetische route om nanodeeltjes te oxideren is ook veelbelovend voor een groot aantal andere katalytische, elektrisch, magnetisch, of elektrochemische processen, van nieuwe kathoden tot oplossingsbereiding van andere soorten keramische materialen.