Universelle Methode zur Herstellung von Aerogelen aus kolloidalen Nanopartikellösungen durch Einfrieren und anschließendes Gefriertrocknen

• Published in: Angewandte Chemie 2016-01, Vol.128 (3), p.1217-1221
• Main Authors: Freytag, Axel, Sánchez-Paradinas, Sara, Naskar, Suraj, Wendt, Natalja, Colombo, Massimo, Pugliese, Giammarino, Poppe, Jan, Demirci, Cansunur, Kretschmer, Imme, Bahnemann, Detlef W., Behrens, Peter, Bigall, Nadja C.
• Format: Article
• Language: ger
• Subjects: Aerogele; Aerogels; Chemistry; Die forming; Edelmetall-Nanopartikel; Kryogele; Voluminöse Überstrukturen
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.201508972

In dieser Zuschrift wird über eine universelle Methode zur Herstellung von selbsttragenden Aerogelen aus kolloidalen Nanopartikeln (NP) berichtet. Dafür werden die NP eingefroren und anschließend gefriergetrocknet. Das bedeutet, dass die kolloidalen NP ohne vorherige Gelierung (wie bisher bei herkömmlichen Aero‐ und Kryogel‐Verfahren üblich) direkt in trockene, aerogelähnliche monolithische Überstrukturen überführt werden können. Die Anordnung der NP zu einer Überstruktur ist ein rein physikalischer Prozess und dadurch vielfältig einsetzbar, was bedeutet, dass die Kryogelierung auf Edelmetall‐, Metalloxid‐ und Halbleiter‐NP angewendet werden kann. Die Kryogelierung beeinflusst die Oberflächenchemie oder die NP‐Form in der entstehenden Morphologie dabei nicht. Unter idealen Bedingungen sind auch die Volumina und die Formen von gefrorenem NP‐Kolloid und Aerogel gleich groß. Dies ermöglicht es, mit der Methode dünne, gleichmäßige Aerogelfilme und andere Geometrien von Aerogelmonolithen herzustellen. Abschließend werden die physikochemischen Eigenschaften der Aerogele diskutiert. Selbsttragende poröse Monolithe mit extrem niedriger Dichte können mit einer neuartigen Methode durch Schockgefrieren einer wässrigen Nanopartikellösung und anschließendes Gefriertrocknen hergestellt werden. Diese Kryogelierung ist universell einsetzbar und wurde für Edelmetall‐, Metalloxid‐ und Halbleiter‐Nanopartikel angewendet. Außerdem ist eine freie Formgebung leicht zu realisieren.