Forskare vid U.S.Naval Research Laboratory (NRL) Materials Science and Technology Division har utvecklat en ny ettstegsprocess med hjälp av, för första gången i dessa typer av synteser, kaliumsuperoxid (KO2) för att snabbt bilda oxid -nanopartiklar från enkla saltlösningar i vatten.

"Vanligtvis, syntesen av oxid -nanopartiklar innebär långsam reaktion av ett svagt oxidationsmedel, som väteperoxid, med utspädda lösningar av metallsalter eller komplex i både vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga lösningsmedelssystem, " sa Dr Thomas Sutto, NRL forskningskemist. "Den snabba exoterma reaktionen av kaliumsuperoxid med saltlösningarna resulterar i bildandet av olösliga nanopartiklar av oxid eller hydroxid."

En viktig fördel med denna metod är förmågan att skapa bulkmängder av material. NRL har visat att stora mängder (över 10 gram) oxidnanopartiklar kan framställas i ett enda steg, vilket är ungefär fyra storleksordningar högre utbyte än många andra metoder. Metallkoncentrationerna, vanligtvis i millimolär (mM) mängd, måste vara låg för att förhindra aggregering av nanopartiklarna i större kluster som avsevärt kan begränsa mängden material som kan framställas vid varje tillfälle.

Oxidnanopartiklar har visat sig vara avgörande komponenter i många applikationer, inklusive elektroniska och magnetiska enheter, energilagring och generering, och medicinska tillämpningar såsom magnetiska nanopartiklar för användning vid magnetisk resonanstomografi (MRI). I alla dessa applikationer, partikelstorlek är avgörande för användbarheten och funktionen hos oxidnanopartiklar - minskad partikelstorlek resulterar i ökad yta, vilket avsevärt kan förbättra oxidnanopartikelns prestanda.

För att visa den bredskaliga tillämpbarheten av denna nya metod, oxid- eller hydroxidnanopartiklar har framställts av representativa element från hela det periodiska systemet för att snabbt producera nanometerstora oxider eller hydroxider. Förutom de grundämnen som omvandlas till oxidnanopartiklar i illustrationen ovan, det har också visat sig att oxidnanopartiklar kan framställas från andra och tredje radens övergångsmetaller, och även halvmetaller som tenn, vismut, tallium och bly.

En spännande aspekt av denna teknik är att den också kan användas för att producera blandningar av nanopartiklar. Detta har demonstrerats genom att förbereda mer komplexa material, såsom litiumkoboltoxid – ett katodmaterial för litiumbatterier; vismut manganoxid - ett multiferroiskt material; och ett 90 grader Kelvin (K) supraledande Yttriumbarium-kopparoxidmaterial. Som sådan, denna nya syntetiska väg till oxidnanopartiklar visar också ett stort löfte för en mängd andra katalytiska, elektrisk, magnetisk, eller elektrokemiska processer, från nya katoder till lösningsberedning av andra typer av keramiska material.