p Para criar catalisadores mais eficientes, membrana de detecção e separação, e dispositivos de armazenamento de energia, os cientistas geralmente começam com partículas contendo minúsculos canais de poros. Defeitos entre as partículas podem prejudicar o desempenho. No Pacific Northwest National Laboratory, uma equipe criou um método one-pot que produz complexos, pirâmides microscópicas bem estruturadas. Esta abordagem oferece controle sobre o crescimento tridimensional do material semelhante ao visto na natureza, uma referência vital para a síntese de materiais. p "É relativamente fácil cultivar camadas finas de material, "disse a Dra. Maria Sushko, um cientista de materiais PNNL que trabalhou no estudo. "Agora, podemos cultivar cristais tridimensionais com suporte que também têm uma estrutura ordenada maior no interior - um cristal dentro de um cristal. "

p Materiais de armazenamento de energia que são mais eficientes poderiam usar a forma como usamos energia renovável. Catalisadores mais eficientes, sensores, e separadores que duram mais e trabalham mais podem reduzir as demandas de energia e o desperdício de fábricas e refinarias. Essas tecnologias exigem materiais inovadores, e a técnica da equipe oferece uma nova maneira de criá-los. Agora, os cientistas podem desenvolver estruturas tridimensionais bem definidas em uma superfície em uma única etapa. O cultivo de um material diretamente na superfície elimina as etapas de teste de novas ideias para eletrodos ou catalisadores.

p Em termos mais simples, a abordagem da equipe tira proveito de uma relação entre a ordenação atômica de um substrato de silício, estrutura do modelo orgânico, e estrutura atômica do silicato de sódio. Quando as moléculas orgânicas e um precursor de silicato de sódio são combinados nas proporções corretas e a solução é aquecida na presença da superfície de silício, o substrato de silício direciona a automontagem do molde ao longo de uma direção cristalográfica específica. O modelo direciona a formação de silicato de sódio ao longo da mesma direção cristalográfica do substrato, garantindo uma combinação quase perfeita entre o silício e o silicato de sódio.

p Após uma série de transformações, o molde orgânico forma uma série de micelas esféricas bem definidas com vários nanômetros de diâmetro. As micelas são organizadas em uma rede cúbica e encapsuladas em silicato de sódio. O resultado é uma matriz de pirâmides porosas orientadas e ordenadas com uma rede cúbica de poros bem definida, confirmado por microscópios eletrônicos no EMSL do Departamento de Energia dos EUA (DOE's), uma facilidade do usuário científico.

p Na natureza, proteínas direcionam o crescimento de estruturas complexas, como conchas, osso e esmalte dentário. A abordagem inovadora da equipe fornece controle preciso sobre a arquitetura de materiais semelhante ao visto na natureza. Os cientistas podem variar a estrutura e o tamanho das partículas. Seu sistema faz estruturas diferentes, com diferentes tamanhos e composições, como necessário. Este nível de controle no laboratório é uma referência significativa para a síntese de materiais.

p A técnica da equipe é um acréscimo importante aos métodos de síntese de estruturas tridimensionais suportadas. A equipe está explorando maneiras de expandir essa técnica além do silicato de sódio para outros materiais.