Adsorption, katalys, eller substrat för vävnadstillväxt:porösa material har många potentiella tillämpningar. I journalen Angewandte Chemie , ett team av kinesiska och australiensiska forskare har nu introducerat en metod för syntes av ultralätta tredimensionella (3D) ramverk av järnoxid med två olika typer av nanoskopiska porer och avstämbara ytegenskaper. Detta superparamagnetiska material kan skäras till godtyckliga former och är lämpligt för tillämpningar som flerfaskatalys och avlägsnande av tungmetalljoner och olja från vatten.
Material med hierarkiskt organiserade porsystem – vilket innebär att väggarna i makroporer med diametrar i mikrometerområdet innehåller mesoporer på bara några nanometer – står högt på materialforskarnas önskelistor. Fördelarna med dessa material inkluderar deras höga yta och lättillgänglighet för de små porerna genom de större. Den stora önskvärdheten hos dessa material motsvaras av svårighetsgraden att framställa dem i industriell skala.
Forskare vid Fudan University (Kina) och Monash University (Australien) har nu framgångsrikt producerat en ultralätt järnoxidram med 250 µm och 18 nm porer i en process som kan användas i industriell skala. Ett team ledd av Gengfeng Zheng och Dongyuan Zhao använde mycket porösa polyuretansvampar som en "matris", som blötlades med gult kaliumhexacyanoferrat (K 4 [Fe(CN) 6 ]). Efterföljande hydrolys resulterade i kubiska nanokristaller av preussiskt blått (järnhexacyanoferrat), ett mörkblått pigment, som avsattes över hela svampens ytor. Polyuretansvampen brändes sedan helt bort genom pyroloysis och den preussiska blåen omvandlades till järnoxid. Resultatet är ett 3D-ramverk av järnoxidkuber som i sin tur är gjorda av järnoxidnanopartiklar och innehåller mesoporer. Materialet är så lätt att forskarna kunde balansera en 240 cm 3 bit på en oleanderblomma.
Enkla modifieringar gör att ytan på 3D-ramverket kan varieras från starkt hydrofil till starkt hydrofob för olika applikationer. Forskarna visade detta genom att ta bort arsenikjoner från förorenat vatten och genom att separera vatten från bensin. I det senare experimentet, den resolbelagda järnoxidramen absorberade mer än 150 gånger sin egen vikt i bensin.
De resolbelagda ramverken är också lämpliga för användning som nanoreaktorer för katalytiska flerfasreaktioner mellan hydrofila och hydrofoba reaktanter, som normalt endast kan göras blandbara genom tillsats av olika fasöverföringsreagens och hjälplösningsmedel. Med den resolbelagda järnoxidramen, reaktionen går mycket snabbare och mer selektivt utan dessa tillsatser, ger hög avkastning. Detta beror på de avstämbara hydrofila/hydrofoba ytorna på mesoporerna, som tar in båda reagenserna och bringar dem i kontakt med varandra. Katalysatorn kan hämtas magnetiskt, eftersom järnoxidnanopartiklarna i 3D-ramverken är superparamagnetiska.
