26 de marzo de 2020 (Proyector Nanowerk) En el campo de la ciencia de los polímeros, el técnica de congelación y descongelación se ha utilizado para crear enlaces cruzados físicos en soluciones concentradas reorganizando la disposición de las cadenas de polímeros, produciendo así los hidrogeles correspondientes. Una variante de este método (es decir, colada congelada) requiere la congelación de soluciones acuosas concentradas de carbonos y cerámica, lo que conduce a una red ordenada mediante plantillas in situ produjo cristales de hielo, adquiriendo así un aerogel estructurado jerárquicamente después del secado al vacío. Sin embargo, el requisito previo para ambos casos es una solución altamente concentrada con la menor cantidad de impurezas posible. Al utilizar una propiedad de autocuración no convencional observada en geles de metales nobles, los científicos de la Universidad Técnica de Dresde han armonizado el proceso de congelación-descongelación y congelación-colada partiendo de una solución acuosa diluida de nanopartículas metálicas, donde la concentración era tan baja como 0.5 mM. , que es 2-3 órdenes de magnitud menor que en los procesos convencionales. Además, el método se adapta a varios metales nobles y se obtienen estructuras multiescala en 10-9 al 10-5 m, atribuido a la sinergia del apilamiento intrínseco de las redes y el efecto de formación del hielo, que facilita la fotoelectrocatálisis de alto rendimiento hacia la electrooxidación del etanol (es decir, la reacción del ánodo para las pilas de combustible de etanol directo). El equipo informó sus hallazgos en Angewandte Chemie International Edition ("Fabricación promovida por congelación-descongelación de geles metálicos nobles limpios y estructurados jerárquicamente para electrocatálisis y fotoelectrocatálisis").
(a) Fotografías del proceso de fabricación y las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de los aerogeles de metales nobles. (b) Ilustración esquemática del proceso de fabricación. (Reimpreso con permiso de Wiley-VCH Verlag) (haga clic en la imagen para agrandar) El equipo obtuvo una estructura de aerogel de metal noble limpia y multiescala sin la adición de iniciadores en un proceso de 3 pasos, como Ran Du, primer autor del artículo, explica a Nanowerk: “Primero, tras la congelación de la solución de nanopartículas, se formó una serie de redes de gel pequeñas y separadas debido al aumento espectacular de la concentración de nanopartículas y la fuerza iónica. Mientras tanto, las redes se formaron a escala micrométrica mediante cristales de hielo generados. En segundo lugar, al descongelarse, esas pequeñas piezas de gel se sedimentan en el fondo impulsadas por la gravedad, tocándose y fusionándose para formar un hidrogel. En tercer lugar, el hidrogel se purificó lavándolo con agua y se convirtió en un aerogel mediante liofilización ". Los aerogeles de metales nobles se investigan ampliamente para aplicaciones de electrocatálisis debido a sus grandes áreas superficiales específicas y la alta actividad catalítica de los metales nobles (por ejemplo, paladio y platino). Sin embargo, los métodos de fabricación adolecen de procedimientos tediosos, largos tiempos de preparación, impurezas inevitables y estructuras multiescala incontroladas, lo que desalienta sus estudios fundamentales y orientados a la aplicación. En la investigación actual, los autores de TU Dresden observaron una mejora del 40.2% de la densidad de corriente catalítica para los aerogeles de oro paladio (Au-Pd) tras la irradiación con un LED (a una densidad de potencia luminosa de 133.6 mW cm-2), que es 6.5 veces mayor que los catalizadores comerciales de paladio sobre carbono (Pd / C).
(a) Electrooxidación de etanol mediante el uso de Pd / C comercial, Pt / C comercial, el aerogel de Au-Pd y el aerogel de Au-Pt en condiciones de oscuridad. Las líneas continuas y discontinuas representan los escaneos hacia adelante y hacia atrás, respectivamente. (b) La dependencia de las densidades de corriente catalítica de los catalizadores de aerogel de la densidad de potencia de la luz. (Reimpreso con permiso de Wiley-VCH Verlag) (haga clic en la imagen para agrandar) Como se mencionó anteriormente, varios desafíos de síntesis en el campo de los aerogeles de metales nobles han desalentado la evaluación de las propiedades intrínsecas, así como la optimización del rendimiento de la aplicación de nobles. aerogeles metálicos. En este informe, los autores superan estos desafíos para crear aerogeles de metales nobles limpios y estructurados jerárquicamente, y demuestran un rendimiento fotoelectrocatalítico impresionante de estos materiales. Du concluye que su estrategia puede promover la fabricación de hidrogeles, aerogeles y espumas estructurados de múltiples niveles y limpios para aplicaciones específicas.
By Michael Berger – Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
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