Questa figura illustra la facilità con cui è possibile preparare grammi di molti tipi diversi di nanoparticelle di ossido in un unico passaggio. La prima fila di fiale campione mostra le soluzioni saline iniziali dei diversi elementi. La seconda riga mostra il prodotto dopo la reazione con il superossido di potassio (KO2) e l'aggiunta di metanolo. La riga inferiore mostra i grammi di nanoparticelle dopo essere state purificate mediante centrifugazione. Credito:Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti
Gli scienziati della divisione Scienza e tecnologia dei materiali del Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti (NRL) hanno sviluppato un nuovo processo in un'unica fase utilizzando, per la prima volta in questo tipo di sintesi, superossido di potassio (KO2) per formare rapidamente nanoparticelle di ossido da semplici soluzioni saline in acqua.
"Tipicamente, la sintesi di nanoparticelle di ossido comporta la lenta reazione di un debole agente ossidante, come il perossido di idrogeno, con soluzioni diluite di sali metallici o complessi in sistemi solventi sia acquosi che non acquosi, " ha detto il dottor Thomas Sutto, Chimico di ricerca NRL. "La rapida reazione esotermica del superossido di potassio con le soluzioni saline porta alla formazione di nanoparticelle di ossido o idrossido insolubili".
Un vantaggio importante di questo metodo è la capacità di creare grandi quantità di materiali. NRL ha dimostrato che si possono preparare grandi quantità (oltre 10 grammi) di nanoparticelle di ossido in un unico passaggio, che è di circa quattro ordini di grandezza maggiore di resa rispetto a molti altri metodi. Le concentrazioni di metalli, di solito nella quantità millimolare (mM), devono essere bassi per prevenire l'aggregazione delle nanoparticelle in cluster più grandi che potrebbero limitare significativamente la quantità di materiale che può essere preparata in qualsiasi momento.
Le nanoparticelle di ossido hanno dimostrato di essere componenti cruciali in numerose applicazioni per includere dispositivi elettronici e magnetici, stoccaggio e generazione di energia, e applicazioni mediche come le nanoparticelle magnetiche per l'uso nella risonanza magnetica (MRI). In tutte queste applicazioni, la dimensione delle particelle è fondamentale per l'utilità e la funzione delle nanoparticelle di ossido:una dimensione ridotta delle particelle si traduce in una maggiore area superficiale, che può migliorare significativamente le prestazioni della nanoparticella di ossido.
Per dimostrare l'applicabilità su larga scala di questo nuovo metodo, nanoparticelle di ossido o idrossido sono state preparate da elementi rappresentativi di tutta la tavola periodica per produrre rapidamente ossidi o idrossidi di dimensioni nanometriche. Oltre agli elementi convertiti in nanoparticelle di ossido nell'illustrazione sopra, è stato anche dimostrato che le nanoparticelle di ossido possono essere preparate da metalli di transizione di seconda e terza fila, e anche semimetalli come stagno, bismuto, tallio e piombo.
Un aspetto interessante di questa tecnica è che può essere utilizzata anche per produrre miscele di nanoparticelle. Ciò è stato dimostrato preparando materiali più complessi, come l'ossido di litio e cobalto, un materiale catodico per batterie al litio; bismuto manganese ossido:un materiale multiferroico; e un materiale superconduttore di ossido di rame di ittrio bario e 90 gradi Kelvin (K). Come tale, questa nuova via sintetica alle nanoparticelle di ossido mostra anche grandi promesse per una moltitudine di altri catalizzatori, elettrico, magnetico, o processi elettrochimici, dai nuovi catodi alla preparazione in soluzione di altri tipi di materiali ceramici.
