En la investigación de materiales y baterías eléctricas , las nanopartículas de óxido de cobalto generalmente se refieren a partículas de óxido de cobalto (II, III) Co
3O
4 de tamaño nanométrico, con diversas formas y estructuras cristalinas.
Las nanopartículas de óxido de cobalto tienen aplicaciones potenciales en baterías de iones de litio [1] [2] y sensores electrónicos de gas . [3] [4]
Aplicaciones
Batería de iones de litio
Los ánodos de las baterías de iones de litio a menudo están hechos de óxidos de cobalto , níquel o hierro , que pueden incorporar iones de litio de manera fácil y reversible en su estructura molecular. Las nanopartículas de óxido de cobalto, como los nanotubos , [1] ofrecen una alta relación superficie-volumen y un recorrido corto para el transporte de cationes de litio , lo que genera una alta capacidad reversible y un buen ciclo de vida. Las partículas pueden incorporar otras sustancias, como por ejemplo nanoalambres híbridos de difenilalanina / óxido de cobalto. [5]
Las partículas de óxido de cobalto se pueden anclar sobre sustratos como el grafeno para mejorar la estabilidad dimensional del ánodo y evitar la agregación de partículas durante los procesos de carga y descarga de litio. [2]
Sensor de gas
Se han investigado nanoesferas huecas de óxido de cobalto como materiales para electrodos sensores de gas , para la detección de tolueno, acetona y otros vapores orgánicos. [3]
Se han investigado nanopartículas de óxido de cobalto ancladas en nanotubos de carbono de pared simple para detectar óxidos de nitrógeno NO
Xe hidrógeno . Esta aplicación aprovecha la reactividad entre el gas y el óxido, así como la conexión eléctrica con el sustrato (ambos son semiconductores tipo p ). Los óxidos de nitrógeno reaccionan con el óxido como aceptores de electrones , reduciendo la resistencia del electrodo; mientras que el hidrógeno actúa como donante de electrones , aumentando la resistencia. [4]
Medicamento
Se ha observado que las nanopartículas de óxido de cobalto entran fácilmente en las células , una propiedad que posiblemente podría conducir a aplicaciones en el tratamiento hipertérmico, la terapia génica y la administración de fármacos. Sin embargo, su toxicidad es un obstáculo que habría que superar. [6]
Síntesis
Hidrotermal
El óxido de cobalto se obtiene a menudo mediante síntesis hidrotermal en un autoclave. [7]
La síntesis hidrotermal en un recipiente de esferas huecas de óxidos metálicos comienza con carbohidratos y sales metálicas disueltas en agua a 100-200 ° C. La reacción produce esferas de carbono, con iones metálicos integrados en la capa hidrófoba. Los núcleos de carbono se eliminan por calcinación , dejando esferas huecas de óxido metálico. El área de la superficie y el espesor de la cubierta se pueden manipular variando la concentración de carbohidrato a sal metálica, así como la temperatura, presión y pH del medio de reacción y los cationes de las sales de partida. [8] El tiempo de finalización del procedimiento varía de horas a días. [9]
Un inconveniente de este enfoque es un rendimiento menor en comparación con otros métodos.
Descomposición térmica
Otra vía para la síntesis de nanopartículas de óxido de cobalto es la descomposición trémica de compuestos organometálicos. Por ejemplo, calentar el complejo salen metálico bis (salicilaldehído) etilendiiminecobalto (II) ("Co-salen") en aire a 500 ° C. [10] [11] El precursor Co-salen puede obtenerse haciendo reaccionar acetato de cobalto (II) tetrahidratado en propanol a 50 ° C bajo atmósfera de nitrógeno con el ligando salen (bis (salicilaldehído) etilendiimina). [11]
De precursores anclados
El compuesto de óxido de cobalto / grafeno se sintetiza formando primero hidróxido de cobalto (II) Co (OH)
2en la hoja de grafeno de una sal de cobalto (II) e hidróxido de amonio NH
4OH , que luego se calienta a 450 ° C durante dos horas para producir el óxido.
Seguridad
Como la mayoría de los compuestos de cobalto reactivos, las nanopartículas de óxido de cobalto son tóxicas para los seres humanos y también para la vida acuática.
Referencias
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