(Phys.org) —Un grande team di ricercatori, la maggior parte dei quali ha sede in Corea, è riuscito ad estendere il processo di reazioni di sostituzione galvanica ai composti ionici. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il team descrive come hanno usato nanocristalli preformati come modello per produrre nanocristalli cavi a forma di scatola.

Agli albori della ricerca sui nanomateriali, i chimici hanno costruito ambienti per la creazione di nuovi materiali a base di nanocristalli utilizzando la giusta miscela di solventi, tensioattivi e precursori molecolari. Hanno quindi sperimentato modi per far sì che gli atomi nel mix si autoassemblassero nella forma desiderata. Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che un modo migliore è utilizzare nanocristalli preformati per fungere da modello per la creazione di nuovi materiali. L'aggiunta di sostanze chimiche fa sì che vengano modificate nei modi desiderati, risultando in nanoparticelle con proprietà uniche. Con nanocristalli metallici, le reazioni di scambio atomico possono essere realizzate sfruttando le ridotte differenze di potenziale tra un metallo in uno stampo e gli ioni metallici in una soluzione, un metodo noto come sostituzione galvanica. Alla sua base, è un processo di diffusione atomica:gli atomi vengono fatti allontanare da una struttura, creazione di posti vacanti. Fino ad ora, però, questo metodo è stato limitato ai metalli. In questo nuovo sforzo, il processo di sostituzione galvanica è esteso ai composti ionici.

Per far funzionare il processo di sostituzione galvanica con i composti ionici, i ricercatori hanno utilizzato reazioni di coppia redox tra ioni metallici multivalenti. Più specificamente, quando hanno fatto reagire i nanocristalli di ossido di manganese con il percolato di ferro, è stato creato un nuovo tipo di nanocristallo sotto forma di scatole a forma di cavità che alla fine si sono evolute in cristalli cavi che assomigliavano a gabbie. A causa della loro forma, i ricercatori li hanno soprannominati "nanogabbie". Il processo funziona perché gli ioni con uno stato di ossidazione più elevato nel manganese sono naturalmente sostituiti da ioni con uno stato di ossidazione più basso nella soluzione.

I risultati del team dimostrano che i composti ionici possono essere utilizzati in modo semplice ed economico come modelli per creare nuovi e utili materiali a base di nanocristalli. Ulteriore ricerca, suggeriscono, è probabile che porti a creazioni di nanomateriali limitate solo dall'immaginazione.

Per adesso, i ricercatori suggeriscono che il nuovo tipo di nanocristalli potrebbe essere utile in un'ampia varietà di applicazioni che vanno dalla produzione di energia, alle biotecnologie e all'elettronica, e forse anche come materiale anodico per batterie agli ioni di litio.

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