Som en ny klass av porösa material, ädelmetallaerogeler (NMA) har uppmärksammats för sina självbärande arkitekturer, höga ytor och deras många optiskt och katalytiskt aktiva platser, möjliggör imponerande prestanda inom olika områden.

Dock, nuvarande tillverkningsmetoder lider av långa tillverkningsperioder, oundvikliga föroreningar, och okontrollerade flerskaliga strukturer, avskräckande praktiska tillämpningar.

Dr Ran Du från Kina har varit Alexander von Humboldt-forskare vid TU Dresden sedan 2017. I samarbete med Dresden-kemisterna Dr. Jan-Ole Joswig och Professor Alexander Eychmüller, de skapade nyligen en ny frys-upptiningsmetod som kan erhålla flerskaliga strukturerade ädelmetallaerogeler som överlägsna fotoelektrokatalysatorer för elektrooxidation av etanol, främja deras tillämpning för bränsleceller.

Deras arbete har nu publicerats som en omslagsartikel i Angewandte Chemie International Edition , med titeln "Frys-tina-främjad tillverkning av rena och hierarkiskt strukturerade ädelmetallgeler för elektrokatalys och fotoelektrokatalys."

Ran Du och hans team hittade ovanliga självläkande egenskaper hos ädelmetallgeler i sina tidigare arbeten. Inspirerad av dessa fynd, en frys-tina-metod utvecklades som ett tillsatsfritt tillvägagångssätt för att direkt destabilisera utspädda nanopartikellösningar av metall (koncentration på 0,2-0,5 mM).

Vid frysning, stora aggregat genererades på grund av de intensifierade utsaltningseffekterna som uppstod av den dramatiskt höjda lokala koncentrationen av lösta ämnen; under tiden, de formades i mikrometerskala av in situ bildade iskristaller.

Efter upptining, aggregat sedimenterade och sattes samman till monolitiska hydrogeler som ett resultat av deras självläkande egenskaper. Renad och torkad, rena hydrogeler och motsvarande aerogeler erhölls.

På grund av de hierarkiskt porösa strukturerna, renligheten, och de kombinerade katalytiska/optiska egenskaperna, de resulterande guld-palladium (Au-Pd) aerogelerna visade sig uppvisa imponerande ljusdrivna fotoelektrokatalytiska prestanda, som levererar en strömtäthet på upp till 6,5 gånger högre än den för kommersiellt palladium-på-kol (Pd/C) för etanoloxidationsreaktionen.

"Det nuvarande arbetet ger en ny idé att skapa rena och hierarkiskt strukturerade gelmaterial direkt från utspädda prekursorlösningar, och den bör anpassa sig till olika materialsystem för förbättrad applikationsprestanda för katalys och vidare, säger kemisten Ran Du.