los fullerenos

Aug 08, 2023

Los investigadores fabrican grafeno poroso que absorbe la humedad mediante un proceso ascendente, con alta designabilidad y controlabilidad de las estructuras de los poros.

Universidad de Chiba

Imagen: El grafeno poroso con pilares de fullereno con una proporción de llenado de fullereno de 25 ± 8 % tenía nanoporos uniformes y la mayor capacidad de adsorción de vapor de agua a un 40 % de humedad relativa, con aplicaciones potenciales en procesos de concentración y purificación de gases y líquidos.ver más

Crédito: Tomonori Ohba de la Universidad de Chiba

Los procesos de separación son esenciales en la purificación y concentración de una molécula objetivo durante la purificación del agua, la eliminación de contaminantes y el bombeo de calor, y representan entre el 10% y el 15% del consumo mundial de energía. Para que los procesos de separación sean más eficientes energéticamente es necesaria una mejora en el diseño de materiales porosos. Esto podría reducir drásticamente los costos de energía entre un 40% y un 70%. El enfoque principal para mejorar el rendimiento de la separación es controlar con precisión la estructura de los poros. En este sentido, los materiales de carbono porosos ofrecen una clara ventaja ya que están compuestos de un solo tipo de átomo y se han utilizado bien para procesos de separación. Tienen grandes volúmenes de poros y áreas superficiales, lo que proporciona un alto rendimiento en la separación de gases, purificación de agua y almacenamiento. Sin embargo, las estructuras de poros generalmente tienen una alta heterogeneidad con baja designabilidad. Esto plantea varios desafíos, lo que limita la aplicabilidad de los materiales de carbono en la separación y el almacenamiento. Ahora, un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el profesor asociado Tomonori Ohba de la Universidad de Chiba y que incluye a los estudiantes de maestría, Kai Haraguchi y Sogo Iwakami, ha Se fabricó grafeno poroso con pilares de fullereno (FPPG), un compuesto de carbono que comprende nanocarbonos, utilizando un enfoque ascendente con estructuras de poros altamente diseñables y controlables. Detallan la síntesis, caracterización y propiedades de este nuevo material adsorbente de agua en un artículo reciente disponible en línea el 16 de junio de 2023 y publicado en el volumen 127, número 25 de The Journal of Physical Chemistry C el 29 de junio de 2023. Los investigadores fabricaron FPPG en forma de una estructura sándwich de fullereno-grafeno-fullereno añadiendo una solución de fullereno al grafeno. Recubrieron ligeramente la composición de fullereno-grafeno y la laminaron de 1 a 10 veces. La novedosa capacidad de ajuste en su síntesis permitió un control preciso del llenado de fullereno en el grafeno poroso. Después de desarrollar estructuras de FPPG con diferentes proporciones de llenado de fullereno, los investigadores emplearon técnicas experimentales y grandes simulaciones canónicas de Monte Carlo para investigar sus propiedades de adsorción de vapor de agua. Descubrieron que el grafeno lleno de fullereno al 4% solo adsorbía ligeramente el vapor de agua. Al aumentar el relleno de fullereno al 5%, la cantidad de adsorción disminuyó aún más, debido al colapso de los nanoporos en el grafeno poroso laminar. Sin embargo, aumentar la tasa de llenado cerca del 25% arrojó un resultado sorprendente. "El FPPG con 25 ± 8 % de fullereno tenía la mayor capacidad de adsorción de vapor de agua con un 40 % de humedad relativa debido a la producción de grandes nanoporos uniformes", destaca el Dr. Ohba. Disminuyó la capacidad de adsorción. Las simulaciones de Monte Carlo coincidieron con estas observaciones y revelaron que el exceso de contenido de fullereno redujo los nanoporos, lo que, a su vez, impidió la formación de grupos de agua. “La técnica ascendente, junto con las estructuras de poros diseñables y controlables de FPPG, pueden facilitar el desarrollo de más materiales novedosos que mejorarían considerablemente el rendimiento de los procesos de purificación y concentración de gases y líquidos”, especula optimista el Dr. Ohba. "Esto, a su vez, reduciría considerablemente los costes de numerosos productos fabricados mediante procesos de separación". Juntos, nuevos carbonos porosos como el FPPG podrían revolucionar las aplicaciones de almacenamiento y purificación, haciéndolas más eficientes energéticamente y rentables.Acerca deProfesor asociado Tomonori Ohba Tomonori Ohba es profesor asociado y director del Grupo de Investigación Ohba en el Departamento de Química de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Chiba en Japón. Trabaja principalmente en el campo de la química física, con el objetivo de investigar fenómenos químicos a niveles nanomoleculares mediante el empleo de métodos teóricos y experimentales. También explora nanoespacios para controlar el movimiento molecular, investigar el comportamiento molecular y descubrir nuevas reactividades moleculares. Su extenso trabajo de investigación, publicado en numerosas revistas de renombre, ha sido citado más de 5.000 veces.

La Revista de Química Física C

10.1021/acs.jpcc.3c02394

Estudio experimental

No aplica

Fabricación de grafeno poroso con pilares de fullereno y su adsorción de vapor de agua

29-jun-2023

Los autores declaran no tener ningún interés financiero en competencia

Descargo de responsabilidad: AAAS y EurekAlert! ¡No somos responsables de la exactitud de los comunicados de prensa publicados en EurekAlert! por instituciones contribuyentes o para el uso de cualquier información a través del sistema EurekAlert.