Nanochemie trifft Makrostruktur: Chinesische Wissenschaftler haben aus Kohlenstoffnitrid-Nanoteilchen ein makroskopisches Aerogel hergestellt, das unter Einstrahlung von sichtbarem Licht die Spaltung von Wasser katalysiert. Die in der Zeitschrift Angewandte Chemie erschienene Studie er\u00f6ffnet neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr Werkstoffe aus Kohlenstoffnitrid, deren Vorprodukt Melamin ist.<\/p>\n
Melamin kann mit Formaldehyd in ein hartes und leichtes Harz polymerisiert werden, aber es l\u00e4sst sich auch zu Nanostrukturen aus reinem Kohlenstoff und Stickstoff kondensieren: Kohlenstoffnitrid (CN). Dieses Material verbindet die bienenwabenf\u00f6rmige Netzstruktur des elektronisch aktiven Graphens mit der Extrafunktionalit\u00e4t von Stickstoff. Nanopartikel aus Kohlenstoffnitrid wollten Xinchen Wang und sein Team an der Fuzhou University in China in eine stabile und aktive makroskopische Architektur \u00fcberf\u00fchren. Sie stellten ein katalytisch hochaktives und stabiles Aerogel her, das interessante strukturelle und elektronische Eigenschaften aufweist und als Katalysator f\u00fcr die k\u00fcnstliche Photosynthese verwendet werden kann.<\/p>\n
Aerogele sind Gele ohne Waser \u2013 bis zu neunundneunzig Prozent k\u00f6nnen sie aus Luft bestehen. Diese Porosit\u00e4t bedeutet eine enorm gro\u00dfe Oberfl\u00e4che mit den besten Eigenschaften f\u00fcr katalytische oder Sensor-Anwendungen. Wegen ihrer graphenartigen Struktur und Stickstoff-Funktionalit\u00e4t versucht man seit Langem, Kohlenstoffnitrid-Nanostrukturen kontrolliert zu einem makroskopischen Ensemble aufzubauen. “Weil CN sehr viele Stickstoff-Gruppen enth\u00e4lt, kann man davon ausgehen, dass CN ein interessantes Verhalten beim Aufbau makroskopischer Strukturen \u00e4hnlich dem von Proteinen oder Peptiden in biologischen Systemen aufweist”, schreiben die Autoren.<\/p>\n
Die vergr\u00f6\u00dferte Oberfl\u00e4che und die h\u00f6here Anzahl von katalytischen Zentren sollte solche Aerogele als hoch funktionale makroskopische Materialien aufweisen. Um das Aerogel aus den Kohlenstoffnitrid-Nanopartikeln herzustellen, nutzten die Wissenschaftler lediglich die physikalischen Anziehungskr\u00e4fte der Partikel selbst aus. Ein w\u00e4ssriges Kolloid der Kohlenstoffnitrid-Nanopartikel wandelten sie zun\u00e4chst in ein Hydrogel um und machten daraus durch klassische Gefriertrocknung ein stabiles Aerogel. “Diese Methode hat mehrere Vorteile, einschlie\u00dflich der m\u00f6glichen Ma\u00dfstabserh\u00f6hung f\u00fcr die Massenproduktion und geringer Kosten”, berichten die Autoren. Mit einem Cokatalysator aus Platin erwies sich das Aerogel als deutlich effizienterer Photokatalysator f\u00fcr die Wasserstoffentwicklung als das urspr\u00fcnglichen Kohlenstoffnitrid. Aus reinem Wasser produzierte es unter Einstrahlung von sichtbarem Licht Wasserstoffperoxid, was mit Kohlenstoffnitrid nicht gelang.<\/p>\n
In der Kombination von chemischen und physikalischen Eigenschaften vom nano- bis zum makroskopischen Ma\u00dfstab gelang den Autoren somit die Synthese eines neuen ultraleichten Materials mit ausgezeichneten katalytischen Eigenschaften. Diese zukunftsweisende Verwendung von Melamin als Grundbaustein k\u00f6nnte in neue Funktionsmaterialien m\u00fcnden. Diese Arbeiten unterscheiden sich deutlich von der bekannten Massenproduktion von leichten und harten Plastik-Melamin-Geschirrteilen, die nicht sehr hitzebest\u00e4ndig sind.<\/p>\n
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Originalver\u00f6ffentlichung:<\/p>\n