Nanocuerno de carbono de pared simple
Nanocuerno de carbono de pared simple ( SWNH o SWCNH ) es el nombre dado por Sumio Iijima y sus colegas en 1999 al agregado de vainas de grafeno en forma de cuerno . [1] [2] En 1994 Peter JF Harris, Edman Tsang, John Claridge y Malcolm Green habían observado estructuras muy similares . [3] Desde el descubrimiento del fullereno , [4] la familia de nanoestructuras de carbono se ha expandido constantemente. En esta familia se incluyen los nanotubos de carbono de pared simple y de pared múltiple (SWNT y MWNT), [5]cebollas y conos de carbono y, más recientemente, SWNH. Estos SWNH con alrededor de 40 a 50 nm de longitud de túbulo y alrededor de 2 a 3 nm de diámetro se derivan de los SWNT y terminan en una tapa cónica de cinco pentágonos con un ángulo de apertura del cono de ~ 20 ° . [6] [7] [8] Además, miles de SWNH se asocian entre sí para formar agregados estructurados como 'dalia' y 'como brotes' que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 80-100 nm. El primero consta de túbulos y láminas de grafeno que sobresalen de su superficie como pétalos de una dalia, mientras que el segundo está formado por túbulos que se desarrollan dentro de la propia partícula. [9] Sus estructuras únicas con una gran superficie y microporosidad hacen que los SWNH se conviertan en un material prometedor para la adsorción de gases, la biosección, la administración de fármacos,[10] almacenamiento de gas [11] y soporte de catalizador para pila de combustible . [12] Los nanocuernos de carbono de pared simple son un ejemplo de la familia de nanoconos de carbono .
Los SWNH se pueden sintetizar con alta pureza mediante ablación con láser de CO 2 y descarga de arco sin un catalizador metálico. Las dos subsecciones siguientes muestran respectivamente los procedimientos representativos para los dos métodos de síntesis. El tamaño y la pureza de los SWNH se pueden cambiar variando los parámetros como temperatura, presión, voltaje y corriente.
La técnica de ablación con láser de CO 2 se utiliza para producir las primeras SWNH a temperatura ambiente en ausencia de un catalizador metálico. El generador de ablación láser de CO 2 está compuesto por un CO 2 de alta potencia .fuente láser (con una longitud de onda de 10,6 μm, 5 kW de potencia, 10 nm de diámetro de haz y el ancho de pulso varía de 10 ms a iluminación continua) y una cámara de reacción de plástico-resina unida con un sistema de bombeo de vacío, entrada y salida válvulas de gas y un sistema de lentes ZnSe para ajustar la intensidad del haz. Se introduce gas Ar y se hace fluir a través de la cámara interior para sacar los productos al filtro de recolección bajo la presión de 760 Torr a temperatura ambiente. Mientras tanto, una barra de grafito en el medio de la cámara gira continuamente y avanza a lo largo de su eje para que una nueva superficie pueda estar expuesta al rayo láser que es vertical a la barra y así se producen SWNH. [1]
Los SWNH también se pueden preparar mediante una simple descarga de arco pulsado entre varillas de carbono puro en la presión atmosférica del aire y He y Ar con un período de arco de 30 segundos. La corriente del arco se establece en 120 A y el voltaje entre los electrodos es de 15 V. El precalentamiento de la varilla de carbono hasta 1000 ℃ se realiza justo antes de la ignición del arco para mejorar la calidad de los SWNH. El hollín de arco depositado en la superficie de la cámara se recolecta y caracteriza. Mediante este método, la pureza de los SWNH obtenidos es superior al 90%. El tamaño medio de las partículas de SWNH es de aproximadamente 50 nm, que es más pequeño que las preparadas por el método del láser de CO 2 . [13]
Poco después del descubrimiento de los SWNH, los científicos se esforzaron por estudiar la estructura de este nuevo material. En 2000, un examen detallado de difracción de rayos X mostró que la distancia entre las espinas y la pared era de 0,4 nm, mayor que el espaciado entre capas del grafito (0,335 nm). [2] Por lo tanto, los agregados de SWNH deben tener tanto microporosidad como mesoporosidad que se originan en la estructura específica anterior. Una caracterización exacta de la superficie de los SWNH puede ampliar las posibilidades de aplicación al almacenamiento secundario de energía.
La estructura de poros de los SWNH se ha estudiado ampliamente mediante experimentos de simulación y adsorción. [14] Los agregados SWNH tienen una capacidad considerable de microporos y un poco de mesoporosidad debido a la estructura de apilamiento hexagonal de los SWNH. [15]
