Als jemand, der sich intensiv mit Materialwissenschaften beschäftigt, habe ich aus erster Hand gesehen, wie die richtigen Komponenten die Leistung verändern können. Zu den aufregendsten Fortschritten, die wir bei SAT NANO integriert haben, gehören Zinndioxid-Nanopartikel.
Hydroxylgruppen (-OH) können auf der Oberfläche von Metalloxiden Säure oder Alkalität in Form der Aufnahme oder Bereitstellung von Protonen aufweisen. Durch die Anpassung der Menge und Verteilung der Hydroxylgruppen kann eine präzise Kontrolle des Säuregehalts und der Alkalität der Oberfläche erreicht werden, wodurch der Aktivierungsweg und die Selektivität katalytischer Reaktionen beeinflusst werden.
An ungesättigten Metallstellen von Metalloxiden oder Halbleiteroxiden (wie Ti4+, Fe3+) adsorbieren Wassermoleküle zunächst in molekularer Form, gefolgt von der Spaltung der O-H-Bindung, was zu Brücken- oder terminalen Hydroxylgruppen (M-OH) und Oberflächenwasserstoffatomen führt. Die thermodynamische Triebkraft dieses Prozesses beruht auf der starken Lewis-Acidität der Metallionen, die die Dissoziation von Wassermolekülen erleichtert. Sowohl Experimente als auch DFT-Berechnungen deuten darauf hin, dass mit niedrigem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Dissoziation und Adsorption neigen, während mit hohem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Adsorption von Molekülen neigen.
Unter Surface Hydroxyl Engineering versteht man die gezielte Regulierung der Anzahl, Verteilung und chemischen Aktivität von Hydroxyl (-OH)-Gruppen auf der Oberfläche von Materialien durch physikalische, chemische oder plasmonische Mittel, um eine präzise Einstellung der Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Hydroxylgruppen sind die häufigsten polaren funktionellen Gruppen, die Wasserstoffbrückenbindungen, Koordinationsbindungen oder kovalente Bindungen mit Wasser, Metallionen, Polymerketten oder Biomolekülen bilden können und so die Hydrophilie, Oberflächenenergie, Adsorptions-/katalytische Aktivität und Biokompatibilität von Materialien erheblich verändern.
Als Forscher mit über zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Materialwissenschaft habe ich aus erster Hand die Herausforderungen gesehen, die mit der Synthese konsistenter, hochwertiger Metalloxid-Nanopartikelsuspensionen verbunden sind. Der Kampf ist real – Agglomeration, bei der diese winzigen, leistungsstarken Partikel zusammenkleben, kann genau die Eigenschaften zerstören, an deren Erreichung wir so hart arbeiten.
Infrarotspektroskopie: Es wird untersucht, wie viel Licht verbraucht wurde. Wenn ein Molekül Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, wissen wir, welche funktionellen Gruppen sich darin befinden. Raman-Spektroskopie: Dabei wird untersucht, wie viel Licht abgelenkt wurde. Mithilfe eines Laserstrahls wird analysiert, wie stark sich das zurückgeworfene Licht verändert hat, um die Molekülstruktur zu bestimmen.
