Små partiklar av titandioxid finns som viktiga ingredienser i väggfärger, solskyddsmedel, och tandkräm; de fungerar som reflektorer av ljus eller som slipmedel. Men med minskande partikelstorlek och en motsvarande förändring i förhållandet yta till volym, deras egenskaper ändras så att kristallina titandioxid -nanopartiklar får katalytisk förmåga:Aktiveras av UV -komponenten i solljus, de bryter ner toxiner eller katalyserar andra relevanta reaktioner.

Nu, Dr Katja Henzler och ett team av kemister vid Helmholtz Center Berlin har utvecklat en syntes för att producera nanopartiklar vid rumstemperatur i ett polymernätverk. Deras analys, genomförd på BESSY II, Berlins synkrotronstrålningskälla, har avslöjat nanopartiklarnas kristallina struktur. Detta representerar ett stort steg framåt i användningen av polymera nanoreaktorer sedan, tills nyligen, nanopartiklarna måste värmas noggrant för att få dem att kristallisera. Det sista syntessteget kan sparas på grund av den speciella miljön i PNIPAM -nätverket.

Henzler -teamets polymera nanoreaktorer består av en polystyrenkärna omgiven av ett nätverk av PNIPAM -kedjor. En titanförening sattes till en etanolisk lösning av polymerkolloiderna, som utlöste bildandet av små titandioxidpartiklar i PNIPAM -nätverket. BESSY II -experimenten visade att kemisterna kunde kontrollera hastigheten på dessa processer samtidigt som de påverkade kvaliteten på de nanokristaller som hade bildats.

Med hjälp av den nya kombinationen av röntgenmikroskopi och spektroskopi (NEXAFS-TXM, U41-SGM) på BESSY II, Henzler och mikroskopiteamet kunde visa att nanopartiklarna är homogent fördelade över de polymera nanoreaktorerna. Forskarna undersökte sina prover i en kryogen vattenhaltig miljö, vilket förhindrar bildande av artefakter på grund av provtorkning. Deras analys visade att nanopartiklarna har en kristallin struktur. "Nanokristallerna har en tetragonal anatasstruktur och denna kristallina struktur är en nyckel till deras katalytiska prestanda. Dessutom har vår nya analysmetod låter oss kontrollera kvaliteten på de syntetiserade partiklarna så att vi kan optimera dem för relevanta applikationer, säger Katja Henzler.