新型火焰气溶胶系统擅长制造纳米粒子

自史前时代以来，人类就利用火将原材料转化为有价值的商品。例子包括用火焰把粘土变成陶器，把二氧化硅变成玻璃

如今，这种做法仍在继续，工业界采用了一种高度复杂的技术——火焰气溶胶合成——来制造纳米粒子，这些纳米粒子是从油墨到空气过滤器等所有产品的关键成分

虽然有效，但火焰气溶胶合成并非没有限制，包括操纵火焰、精确控制纳米粒子的大小和分布以及成本方面的挑战

布法罗大学工程师共同领导的两项新研究解决了这些缺点。这些研究集中在工程师们创造的一种独特的火焰气溶胶系统上，他们说，这种系统功能多样、易于使用且成本效益高

10月30日发表在《自然通讯》上的最新研究描述了研究小组如何使用该系统创建金属有机框架（MOF），MOF是多孔纳米材料，用于能源、环境、健康和医学等各个领域

“据我们所知，这是首次将火焰气溶胶技术应用于制造MOF，”该研究的主要作者之一、纽约州立大学杰出教授、UB工程与应用科学学院化学与生物工程系主任Mark Swihart博士说

大多数MOF是通过液体化学反应产生的。虽然有效，特别是在生产具有高度结晶度的材料时，但该方法可能耗时且昂贵

相比之下，火焰气溶胶系统有可能更快、更便宜，因为它只需要一步。研究人员表示，虽然它生产的MOF的孔隙率低于传统MOF，但它们的独特性能——包括小晶粒尺寸、短程有序结构和高热稳定性——可能会导致新材料和商业用途

最后，火焰气溶胶系统绕过了热力学障碍。研究人员表示，这允许将任何两种金属元素混合成一种MOF，其性能非常适合催化、传感、储能和其他领域

8月27日发表在《物质》杂志上的早期研究报告了火焰气溶胶系统创造高熵陶瓷纳米材料的潜力。这些高度稳定的纳米材料由多种元素组成，通常是五种或更多元素，比例几乎相等。它们具有独特的性质，与MOF一样，使其成为储能、催化、传感和其他应用的理想选择

在使用火焰气溶胶系统的实验中，研究小组通过创建包含多达22种元素的纳米粒子展示了该方法的灵活性。作为一种应用，他们展示了一种二氧化碳还原催化剂，其强度和耐用性令人印象深刻，超过了传统催化剂

“火焰反应器是一种可扩展的、一步式的、非常通用的制造高熵纳米陶瓷和其他材料的方法，”Swihart说，他也是纽约州立大学帝国创新教授和UB RENEW研究所的教员 More information: Shuo Liu et al, A general flame aerosol route to kinetically stabilized metal-organic frameworks, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53678-4

Shuo Liu et al, A general flame aerosol route to high-entropy nanoceramics, Matter (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2024.07.019

Journal information: Matter , Nature Communications