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Las estructuras pequeñas basadas en carbono son una herramienta práctica y adaptable que se puede utilizar en una variedad de campos, como el almacenamiento de energía, el gas y el petróleo, el agua y el tratamiento de aguas residuales.
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Por lo general, se han utilizado polímeros sintéticos y naturales como punto de partida para iniciar la reacción química requerida para construir los carbonos nanoestructurados. Se le conoce como precursor. Sin embargo, tanto los polímeros orgánicos como los sintéticos tienen desventajas. Los polímeros naturales dificultan la precisión debido a su complejidad, mientras que los polímeros sintéticos son difíciles y costosos de producir.
Estudios recientes han demostrado que las moléculas orgánicas pequeñas se pueden calentar para convertirlas en sales metálicas orgánicas, que luego se pueden convertir en carbones porosos como alternativa a los precursores poliméricos. La pirólisis es el proceso de calentar las moléculas para crear un nuevo material.
el 22 de octubreDakota del Norte2022, la investigación fue publicada en investigación nano.
El propósito directo de usar moléculas pequeñas como precursores es simplificar la producción de carbono al evitar el proceso de polimerización. Más importante aún, este concepto de usar moléculas pequeñas podría ampliar en gran medida la diversidad estructural de los precursores para la producción de carbono, abriendo así una vía para estudiar la relación entre las propiedades del material de carbono y las estructuras de los precursores.
Hai-Wei Liang, Profesor e Investigador, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
La investigación anterior sobre moléculas orgánicas pequeñas como alternativa a los precursores de polímeros se vio limitada debido a las condiciones sintéticas que producían moléculas pequeñas que eran más volátiles.
Este estudio se basa en trabajos anteriores que sugirieron que algunas de estas limitaciones podrían superarse mediante el uso de líquidos iónicos, una sal en estado líquido.
Los investigadores llevaron este concepto más allá al usar sales de metales orgánicos, comúnmente conocidos como sólidos iónicos porque contienen componentes orgánicos e inorgánicos, en lugar de líquidos iónicos.
Con la ayuda de esta mezcla de elementos orgánicos e inorgánicos, las sales de metales orgánicos pueden formar plantillas para las nanoestructuras de carbono. El estudio también muestra que varios compuestos orgánicos pequeños pueden usarse como precursores siempre que tengan grupos ácidos que puedan convertirse en sal.
La dificultad de usar moléculas pequeñas para la producción de carbono se deriva principalmente de su alta volatilidad, que puede superarse fácilmente convirtiendo moléculas pequeñas en sales metálicas orgánicas. Esto se debe a que la fuerza intermolecular originalmente débil que mantiene unidas a las moléculas se reemplaza por una fuerza electrostática robusta después de la formación de sal, lo que reduce la volatilidad.
Hai-Wei Liang, Profesor e Investigador, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
La versatilidad de las sales de metales orgánicos es otro beneficio de este enfoque. Las propiedades moleculares de las nanoestructuras de carbono se pueden ajustar cambiando los constituyentes de las sales metálicas orgánicas.
En el futuro, los investigadores continuarán explorando las diversas aplicaciones de este método.
A continuación, investigaremos más a fondo la relación estructural entre los materiales de carbono y los precursores moleculares para establecer reglas bien definidas que rijan la síntesis racional de materiales de carbono a nivel molecular. En última instancia, esperamos aprovechar este método para controlar las estructuras y composiciones de carbono para lograr la síntesis a medida de materiales de carbono funcionales avanzados para aplicaciones específicas.
Hai-Wei Liang, Profesor e Investigador, Universidad de Ciencia y Tecnología de China
Lei Tong y Liangdong Fan de la Facultad de Química e Ingeniería Ambiental de la Universidad de Shenzhen, junto con Qian-Qian Yang, Shuai Li, Le-Le Zhang, Wei-Jie Zeng y Yan-Wei Ding del Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale en el Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China son los otros autores.
El Plan de Ciencia y Tecnología del Gobierno de Shenzhen, el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales, los Fondos Conjuntos del Laboratorio Nacional de Radiación Sincrotrón de Hefei, la Fundación Nacional de Ciencias de La provincia de Guangdong, la beca de investigación de la plataforma científica y el proyecto de la Oficina de Educación de la provincia de Guangdong y el Programa de Innovación Cooperativa del Centro de Ciencias CAS Hefei apoyaron la investigación.
referencia de la revista
tonge, l. et al. (2022) Puente de moléculas orgánicas pequeñas a carbonos porosos a través del principio de estado sólido iónico. nanoinvestigación. doi:10.1007/s12274-022-4997-8.
Fuente: http://www.tup.tsinghua.edu.cn/en/index.html
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