Nanokemi möter makrostrukturer:Kinesiska forskare rapporterar syntesen av en makroskopisk aerogel från nanomaterial av karbonitrid som är en utmärkt katalysator för vattenspjälkningsreaktionen under bestrålning med synligt ljus. Studien publicerad i tidskriften Angewandte Chemie ger nya möjligheter till materialegenskaperna hos melamin-härledda karbonitrider.

Melamin kan polymeriseras med formaldehyd för att ge ett mycket hållbart och lätt harts, men det kan också kondenseras för att bilda nanostrukturer av karbonitridmaterial. Dessa sammansättningar gjorda av kol och kväve kombinerar det bikakeliknande elektroniskt aktiva nätverket av grafen med lite extra funktionalitet av kväve. Söker efter sätt att sätta ihop dessa nanostrukturer till en stabil makroskopisk arkitektur, Xinchen Wang och hans team vid Fuzhou University i Kina har nu förberett ett katalytiskt mycket aktivt och stabilt lättviktsmaterial, som fungerar väl i artificiell fotosyntes och erbjuder mycket intressanta strukturella och elektroniska egenskaper.

Aerogeler är geler men utan vatten - upp till 99 procent av deras struktur är luft. Denna porositet ger dem en enorm yta idealisk för katalytisk eller sensorisk applikation. Eftersom karbonitrider är material med mycket intressant nanostruktur och grafenliknande egenskaper men kvävefunktionalitet, man har länge försökt få dem till en kontrollerad makroskopisk sammansättning. "Eftersom CN är rikt på kvävehaltiga grupper, det förväntas att CN kan ha intressanta sammansättningsbeteenden som proteiner eller peptider i biologiska system, " sa författarna.

Den förbättrade ytan och det högre antalet katalytiska platser skulle göra dessa aerogeler till mycket funktionella makroskopiska material. Använder endast fysiska interpartikelkrafter som är inneboende i nanopartiklarna, forskarna förberedde aerogelen genom att göra en kolloidal vattenlösning av karbonitridnanopartiklar för att först sedimentera i en hydrogel, sedan omvandla den till en stabil aerogel med en konventionell frystorkningsteknik. "Denna metod har flera fördelar, inklusive skalbarhet för massproduktion och låg kostnad, " sa författarna. I kombination med en platina-samkatalysator, aerogelen var mycket bättre en fotokatalysator för väteutveckling än bulkkarbonitriden, och väteperoxid genererades från rent vatten under synligt ljus bestrålning när bulkkarbonitriden misslyckades.

Således, genom att förena krafter av kemiska och fysikaliska egenskaper från nano- till makroskalan, de har skapat ett nytt lättviktsmaterial med utmärkta katalytiska möjligheter. Denna lovande tillämpning av melaminbyggstenar visar vägen framåt för nya material, och är långt ifrån den väletablerade massproduktionen av det lätta och hållbara, men inte så termostabila melaminplastfat.