Nanostrukturer gjorda av kol är extremt mångsidiga. De kan absorbera joner i batterier och superkondensatorer, lagra gaser och avsalta vatten. Hur väl de klarar uppgiften beror till stor del på nanoporernas strukturella egenskaper. En ny studie från HZB har nu visat att strukturella förändringar som uppstår på grund av morfologiövergång med ökande temperatur i syntesen också kan mätas direkt, med hjälp av liten vinkel röntgenspridning. Resultaten har nu publicerats i tidningen Kol .

Optimerade nanoporösa kol kan fungera som elektroder för snabb elektron- och jontransport eller förbättra prestanda för energilagrings- och konverteringsanordningar. Således är justerbarheten av storleken, form, och fördelning av porer är mycket krävt. Teamet vid HZB Institute for Soft Matter and Functional Material samarbetade med en grupp vid University of Tartu, Estland, att fråga nanoarchitecture, inre yta, storlek, form och distribution av nanoporer i beroende av syntesförhållandena.

Kollegor i Estland producerade en serie nanoporösa kol genom att reagera ett pulver av molybdenkarbid (Mo ₂ C) med gasformigt klor vid 600, 700, 800, 900, och 1000 grader Celsius. Beroende på valda syntesförhållanden, det nanoporösa kolet uppvisar olika egenskaper såsom ytarea, porositet, elektronisk och jonisk konduktivitet, hydrofilicitet och elektrokatalytisk aktivitet.

Ytstrukturer analyserades med transmissionselektronmikroskopi vid HZB. Den inre ytan av nanokolmaterial undersöks vanligtvis genom adsorption av gas. Dock, denna metod är inte bara jämförelsevis felaktig, den innehåller inte heller någon information om formen och storleken på porerna. För djupare insikter, Dr Eneli Härk och hennes kollegor på HZB arbetade med småvinklad röntgenspridning, en teknik som gör det möjligt att erhålla information om olika strukturella särdrag på nanometerskalan inklusive den genomsnittliga porstorleken.

Småvinklad röntgenspridning ger inte bara information om den exakta inre ytarean och den genomsnittliga porstorleken, men också på deras vinkel, d.v.s. skarpa kanter på bildade porer, som spelar en stor roll för funktionaliseringen av materialen. "SAXS -analysen sammanfattar en enorm mängd mikroporer som utelämnar vilseledande antaganden och därmed direkt kopplar materialets nanostrukturerade arkitektur till makroskopiska tekniska parametrar som undersöks inom teknik, "Förklarar Härk.

Huvudsyftet var att förstå strukturell bildning, och elektrokemiska egenskaper hos kol som en funktion av syntestemperaturen. "För optimal funktion, inte bara den höga inre ytan är avgörande, men porerna ska ha exakt rätt form, storlek och distribution, säger Härk.