El nitruro de carbono grafítico (gC 3 N 4 ) es una familia de compuestos de nitruro de carbono con una fórmula general cercana a C 3 N 4 (aunque normalmente con cantidades de hidrógeno distintas de cero) y dos subestructuras principales basadas en heptazina y poli (triazina imida) unidades que, dependiendo de las condiciones de reacción, presentan diferentes grados de condensación , propiedades y reactividades .
Preparación
El nitruro de carbono grafítico se puede preparar mediante polimerización de cianamida , diciandiamida o melamina . La estructura polimérica C 3 N 4 formada en primer lugar , el melón , con grupos amino colgantes , es un polímero muy ordenado . Una reacción adicional conduce a especies de C 3 N 4 más condensadas y menos defectuosas , basadas en unidades de tri-s-triazina (C 6 N 7 ) como bloques de construcción elementales. [2]
El nitruro de carbono grafítico también se puede preparar mediante electrodeposición sobre un sustrato de Si (100) a partir de una solución de acetona saturada de tricloruro de cianúrico y melamina (relación = 1: 1,5) a temperatura ambiente. [3]
Los nanocristalitos de nitruro de carbono grafítico bien cristalizados también se pueden preparar mediante una reacción térmica de benceno entre C 3 N 3 Cl 3 y NaNH 2 a 180–220 ° C durante 8–12 h. [4]
Recientemente, se ha informado de un nuevo método de síntesis de nitruros de carbono grafíticos por calentamiento a 400-600 ° C de una mezcla de melamina y ácido úrico en presencia de alúmina . La alúmina favoreció la deposición de las capas de nitruros de carbono grafíticos sobre la superficie expuesta. Este método puede asimilarse a una deposición química en fase de vapor (CVD) in situ . [5]
Caracterización
La caracterización de gC 3 N 4 cristalino se puede realizar identificando el anillo de triazina existente en los productos mediante mediciones de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), espectros de fotoluminiscencia y espectro de espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) (picos a 800 cm -1 , 1310 cm −1 y 1610 cm −1 ). [4]
Propiedades
Debido a las propiedades semiconductoras especiales de los nitruros de carbono, muestran una actividad catalítica inesperada para una variedad de reacciones, como la activación de benceno , reacciones de trimerización y también la activación de dióxido de carbono ( fotosíntesis artificial ). [2]
Usos
Un nitruro de carbono grafítico comercial está disponible bajo la marca Nicanite. En su forma grafítica del tamaño de una micra, se puede utilizar para recubrimientos tribológicos , recubrimientos médicos biocompatibles, recubrimientos químicamente inertes, aislantes y para soluciones de almacenamiento de energía. [6] El nitruro de carbono grafítico se considera uno de los mejores materiales de almacenamiento de hidrógeno. [7] [8] También se puede utilizar como soporte para nanopartículas catalíticas . [1]
Áreas de interés
Debido a sus propiedades (principalmente grandes intervalos de banda sintonizables e intercalación eficiente de sales), los nitruros de carbono grafíticos están bajo investigación para una variedad de aplicaciones:
- Fotocatalizadores
- Descomposición del agua en H 2 y O 2 [9]
- Degradación de contaminantes
- Semiconductor con banda prohibida grande [10]
- Catalizador y soporte heterogéneos
- La resiliencia significativa de los nitruros de carbono combinada con las reactividades de la superficie y de la capa interna los convierte en catalizadores potencialmente útiles que se basan en sus protones lábiles y funcionalidades de base de Lewis. Se pueden aprovechar modificaciones como el dopaje, la protonación y la funcionalización molecular para mejorar la selectividad y el rendimiento. [11]
- Catalizadores de nanopartículas soportadas en GCN están en desarrollo para ambas celdas de combustible de membrana de intercambio de protones y electrolizadores de agua . [10]
- A pesar de que el nitruro de carbono grafítico tiene algunas ventajas, como una banda prohibida leve (2,7 eV), la absorción de luz visible y la flexibilidad, todavía tiene limitaciones para aplicaciones prácticas debido a la baja eficiencia de la utilización de la luz visible, alta tasa de recombinación de los portadores de carga generados por la foto , baja conductividad eléctrica y pequeña superficie específica (<10 m2g − 1). [12] Para modificar esta escasez, uno de los enfoques más atractivos es el dopaje de nitruro de carbono grafítico con nanomateriales de carbono, como los nanotubos de carbono. Primero, los nanotubos de carbono tienen una gran superficie específica, por lo que pueden proporcionar más sitios para separar los portadores de carga, luego disminuyen la tasa de recombinación de los portadores de carga y aumentan aún más la actividad de la reacción de reducción. [13] En segundo lugar, los nanotubos de carbono muestran una alta capacidad de conducción de electrones, lo que significa que pueden mejorar el nitruro de carbono grafítico con una respuesta a la luz visible, una separación y transferencia eficiente de los portadores de carga, mejorando así sus propiedades electrónicas. [14] En tercer lugar, los nanotubos de carbono pueden considerarse como un tipo de material semiconductor de banda estrecha, también conocido como fotosensibilizador, que puede ampliar el rango de absorción de luz del material fotocatalítico semiconductor, mejorando así su utilización de la luz visible. [15]
- Materiales de almacenamiento de energía
- Debido a que la intercalación de Li puede ocurrir en más sitios que para el grafito debido a los vacíos intracapa además de la intercalación entre capas, gCN puede almacenar una gran cantidad de Li [16] haciéndolos potencialmente útiles para baterías recargables.
Ver también
- Nitruro de carbono beta
Referencias
- ^ a b Chen, Xiufang; Zhang, Ligang; Zhang, Bo; Guo, Xingcui; Mu, Xindong (2016). "Hidrogenación altamente selectiva de furfural a alcohol furfurílico sobre nanopartículas de Pt soportadas en catalizadores de nanohojas de gC 3 N 4 en agua" . Informes científicos . 6 : 28558. Código Bibliográfico : 2016NatSR ... 628558C . doi : 10.1038 / srep28558 . PMC 4916514 . PMID 27328834 .
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NH 3 N 2 H 4 | Él (N 2 ) 11 | ||||||||||||||||
Li 3 N | Ser 3 N 2 | BN | β-C 3 N 4 g-C 3 N 4 C x N y | N 2 | N x O y | NF 3 | Nordeste | ||||||||||
Na 3 N | Mg 3 N 2 | AlN | Si 3 N 4 | PN P 3 N 5 | S x N y SN S 4 N 4 | NCl 3 | Arkansas | ||||||||||
K 3 N | Ca 3 N 2 | ScN | Estaño | VN | CrN Cr 2 N | Mn x N y | Fe x N y | Estafa | Ni 3 N | CuN | Zn 3 N 2 | GaN | Ge 3 N 4 | Como | Se | NBr 3 | Kr |
Rb | Sr 3 N 2 | YN | ZrN | NbN | β-Mo 2 N | Tc | Ru | Rh | PdN | Ag 3 N | CdN | Posada | Sn | Sb | Te | NI 3 | Xe |
Cs | Ba 3 N 2 | Hf 3 N 4 | Broncearse | WN | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg 3 N 2 | TlN | Pb | Compartimiento | Correos | A | Rn | |
P. | Ra 3 N 2 | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
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La | CeN | PrN | Dakota del Norte | Pm | Sm | UE | GdN | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||
C.A | Th | Pensilvania | U 2 N 3 | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr |