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Highly Porous Polymer Beads Coated with Nanometer-Thick Metal Oxide Films for Photocatalytic Oxidation of Bisphenol A
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-10-24 , DOI: 10.1021/acsanm.3c03891
Gergő Ballai 1 , Tomaž Kotnik 2, 3 , Matjaž Finšgar 4 , Albin Pintar 2 , Zoltán Kónya 1, 5 , András Sápi 1 , Sebastijan Kovačič 2
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-10-24 , DOI: 10.1021/acsanm.3c03891
Gergő Ballai 1 , Tomaž Kotnik 2, 3 , Matjaž Finšgar 4 , Albin Pintar 2 , Zoltán Kónya 1, 5 , András Sápi 1 , Sebastijan Kovačič 2
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Highly porous metal oxide–polymer nanocomposites are attracting considerable interest due to their unique structural and functional features. A porous polymer matrix brings properties such as high porosity and permeability, while the metal oxide phase adds functionality. For the metal oxide phase to perform its function, it must be fully accessible, and this is possible only at the pore surface, but functioning surfaces require controlled engineering, which remains a challenge. Here, highly porous nanocomposite beads based on thin metal oxide nanocoatings and polymerized high internal phase emulsions (polyHIPEs) are demonstrated. By leveraging the unique properties of polyHIPEs, i.e., a three-dimensional (3D) interconnected network of macropores, and high-precision of the atomic-layer-deposition technique (ALD), we were able to homogeneously coat the entire surface of the pores in polyHIPE beads with TiO2-, ZnO-, and Al2O3-based nanocoatings. Parameters such as nanocoating thickness, growth per cycle (GPC), and metal oxide (MO) composition were systematically controlled by varying the number of deposition cycles and dosing time under specific process conditions. The combination of polyHIPE structure and ALD technique proved advantageous, as MO-nanocoatings with thicknesses between 11 ± 3 and 40 ± 9 nm for TiO2 or 31 ± 6 and 74 ± 28 nm for ZnO and Al2O3, respectively, were successfully fabricated. It has been shown that the number of ALD cycles affects both the thickness and crystallinity of the MO nanocoatings. Finally, the potential of ALD-derived TiO2-polyHIPE beads in photocatalytic oxidation of an aqueous bisphenol A (BPA) solution was demonstrated. The beads exhibited about five times higher activity than nanocomposite beads prepared by the conventional (Pickering) method. Such ALD-derived polyHIPE nanocomposites could find wide application in nanotechnology, sensor development, or catalysis.
中文翻译：
涂有纳米厚金属氧化物薄膜的高孔聚合物珠用于光催化氧化双酚 A
高度多孔的金属氧化物-聚合物纳米复合材料由于其独特的结构和功能特征而引起了人们的极大兴趣。多孔聚合物基质带来了高孔隙率和渗透性等特性，而金属氧化物相则增加了功能性。为了使金属氧化物相发挥其功能，它必须是完全可接近的，而这只有在孔表面才有可能，但功能表面需要受控工程，这仍然是一个挑战。在这里，展示了基于薄金属氧化物纳米涂层和聚合高内相乳液（polyHIPE）的高度多孔纳米复合材料珠。通过利用polyHIPE的独特性质，即三维（3D）互连的大孔网络，以及高精度的原子层沉积技术（ALD），我们能够均匀地涂覆孔的整个表面具有 TiO 2 -、ZnO- 和 Al 2 O 3基纳米涂层的 polyHIPE 珠。通过改变特定工艺条件下的沉积循环次数和加料时间，系统地控制纳米涂层厚度、每次循环生长 (GPC) 和金属氧化物 (MO) 成分等参数。事实证明，polyHIPE结构和ALD技术的结合是有利的，因为TiO 2的厚度分别在11 ± 3和40 ± 9 nm之间，ZnO和Al 2 O 3的厚度分别在31 ± 6和74 ± 28 nm之间，因此成功地获得了MO纳米涂层。捏造的。研究表明，ALD 循环次数会影响 MO 纳米涂层的厚度和结晶度。最后，证明了 ALD 衍生的 TiO 2 -polyHIPE 珠在双酚 A (BPA) 水溶液光催化氧化中的潜力。该珠子的活性比传统（Pickering）方法制备的纳米复合材料珠子高出约五倍。这种 ALD 衍生的聚 HIPE 纳米复合材料可以在纳米技术、传感器开发或催化领域得到广泛的应用。
更新日期：2023-10-24
中文翻译：
涂有纳米厚金属氧化物薄膜的高孔聚合物珠用于光催化氧化双酚 A
高度多孔的金属氧化物-聚合物纳米复合材料由于其独特的结构和功能特征而引起了人们的极大兴趣。多孔聚合物基质带来了高孔隙率和渗透性等特性，而金属氧化物相则增加了功能性。为了使金属氧化物相发挥其功能，它必须是完全可接近的，而这只有在孔表面才有可能，但功能表面需要受控工程，这仍然是一个挑战。在这里，展示了基于薄金属氧化物纳米涂层和聚合高内相乳液（polyHIPE）的高度多孔纳米复合材料珠。通过利用polyHIPE的独特性质，即三维（3D）互连的大孔网络，以及高精度的原子层沉积技术（ALD），我们能够均匀地涂覆孔的整个表面具有 TiO 2 -、ZnO- 和 Al 2 O 3基纳米涂层的 polyHIPE 珠。通过改变特定工艺条件下的沉积循环次数和加料时间，系统地控制纳米涂层厚度、每次循环生长 (GPC) 和金属氧化物 (MO) 成分等参数。事实证明，polyHIPE结构和ALD技术的结合是有利的，因为TiO 2的厚度分别在11 ± 3和40 ± 9 nm之间，ZnO和Al 2 O 3的厚度分别在31 ± 6和74 ± 28 nm之间，因此成功地获得了MO纳米涂层。捏造的。研究表明，ALD 循环次数会影响 MO 纳米涂层的厚度和结晶度。最后，证明了 ALD 衍生的 TiO 2 -polyHIPE 珠在双酚 A (BPA) 水溶液光催化氧化中的潜力。该珠子的活性比传统（Pickering）方法制备的纳米复合材料珠子高出约五倍。这种 ALD 衍生的聚 HIPE 纳米复合材料可以在纳米技术、传感器开发或催化领域得到广泛的应用。
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