Mikroskopiska material gjorda av lera, designade av forskare vid University of Missouri, kan vara nyckeln till framtiden för syntetisk materialkemi. Genom att göra det möjligt för forskare att producera kemiska lager som är skräddarsydda för att leverera specifika uppgifter baserat på den individuella forskarens mål, kan dessa material, som kallas nanoclays, användas i en mängd olika tillämpningar, inklusive det medicinska området eller miljövetenskap.
En artikel som beskriver denna forskning har publicerats i tidskriften ACS Applied Engineering Materials .
En grundläggande del av materialet är dess elektriskt laddade yta, säger Gary Baker, huvudutredare för projektet och docent vid Institutionen för kemi.
"Föreställ dig en koosh-boll där de tusentals gummitrådarna som strålar ut från bollens kärna har en elektriskt laddad pärla på änden", sa Baker.
"Det är analogt med en magnet - positivt laddade saker kommer att hålla sig till negativt laddade saker. Till exempel kan positivt laddade nanoleror attrahera en grupp skadliga fluorerade kemikalier som kallas PFAS, eller "för evigt kemikalier", som är negativt laddade. Eller, genom att göra nanoleran är negativt laddad, den kan fastna på saker som tungmetalljoner som kadmium, som är positivt laddade, och hjälpa till att ta bort dem från en förorenad vattenmassa."
Förutom den elektriska laddningen kan varje nanolera anpassas med olika kemiska komponenter, som att blanda och matcha olika delar. Detta gör dem användbara i designen av diagnostiska sensorer för biomedicinsk avbildning, eller explosiv och ammunitionsdetektering.
"I huvudsak representerar dessa nanoleror kemiska byggstenar designade med specifika funktioner som är sammansatta till extremt tunna, tvådimensionella mikroskopiska ark - tunnare än en sträng av mänskligt DNA och 100 000 gånger tunnare än ett pappersark," sa Baker.
"Vi kan anpassa funktionen och formen på de kemiska komponenterna som presenteras på ytan av nanoleran för att göra vad vi vill bygga. Vi har precis avslöjat toppen av isberget för vad dessa material kan göra."
Tvådimensionella material är mycket eftertraktade eftersom de ytligt kan belägga utsidan av ett skrymmande föremål i ett tunt, konformt lager och introducera helt andra ytegenskaper än föremålet under.
"Genom att blanda och matcha några saker som olika joner eller guldnanopartiklar kan vi snabbt designa kemi som aldrig har funnits förut, och ju mer vi skräddarsyr den, desto mer öppnar den ett bredare utbud av applikationer," sa Baker.
Medförfattare till studien är Nathaniel Larm vid United States Naval Academy, Durgesh Wagle vid Florida Gulf Coast University och Piyuni Ishtaweera och Angira Roy vid MU.
Mer information: Nathaniel E. Larm et al, Ytprogrammerbar polykatjonisk nanoclay-stöd som ger 100 000 omsättningsfrekvenser per timme för en nanokatalyserad kanonisk nitroarenreduktion, ACS Applied Engineering Materials (2023). DOI:10.1021/acsaenm.3c00243
Tillhandahålls av University of Missouri
