Ihåliga kolnanopartiklar är starka, leda elektricitet väl och har en anmärkningsvärt stor yta. De visar lovande i applikationer som vattenfiltrering, vätelagring och batterielektroder - men kommersiell användning skulle kräva pålitlig, billiga sätt för sin produktion.

Xu Li från Singapores A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och medarbetare har utvecklat en enkel tillverkningsteknik som ger exakt kontroll över storleken och formen på ihåliga kolnanor.

En aktuell metod för framställning av dessa partiklar innefattar beläggning av en hård mall, såsom kiseldioxid nanopartiklar, med ett kolbaserat material som kan smältas in i ett skal med extrem värme. Detta är en mödosam process, och etsning av mallen kräver hårda kemikalier. Uppvärmning av ihåliga polystyren -nanosfärer uppnår liknande resultat men ger dålig kontroll över storleken och formen på de resulterande kolnanopartiklarna.

Li och medarbetare kombinerade en blocksampolymer som heter F127, bestående av poly (etylenoxid) och poly (propylenoxid), med munkformade a-cyklodextrinmolekyler i vatten. Efter uppvärmning av blandningen till 200 ° C, molekylerna självmonterade till ihåliga nanopartiklar med ett utbyte på 97,5%.

De vattenavvisande poly (propylenoxid) delarna av polymeren fastnar tillsammans för att bilda ihåliga sfärer, lämnar poly (etylenoxid) molekyler dinglande från utsidan. A-cyklodextrinringarna gängades sedan på dessa trådar, packa runt utsidan av sfären för att bilda ett stabilt skal. Genom att använda en högre andel F127 i blandningen producerades större nanosfärer, från 200 till 400 nanometer i diameter. Uppvärmning av dessa partiklar till 900 ° C i inerta gaser brände av polymeren för att göra ihåliga kolnanopartiklar.

De minsta nanosfärer var 122 nanometer breda och hade 14 nanometertjocka väggar prickade med små porer som var ungefär 1 nanometer breda. Varje gram av detta material hade en yta på 317,5 kvadratmeter, som är större än en tennisbana.

Forskarna använde en uppslamning av partiklar för att belägga en kopparfolie och testade den som anoden i ett litiumjonbatteri. De fann att partiklarna hade en reversibel laddningskapacitet på 462 milliampere timmar per gram - högre än grafit, ett typiskt anodmaterial - och kan laddas minst 75 gånger utan betydande prestandaförluster. Porerna låter tydligen litiumjoner migrera till sfärernas insidor. "Att ändra porositeten kan förbättra transportprocessen för högre prestanda, "föreslår Li. Teamet planerar nu att införliva metall- och metalloxidmaterial i de ihåliga kolnanosfärerna för att ytterligare förbättra deras egenskaper.