Debido a sus deseables propiedades químicas y físicas, el grafeno y el nitruro de boro muestran un gran potencial como rellenos en matrices poliméricas y como fotocatalizadores. Sin embargo, su uso generalizado es limitado porque la producción en masa económica sigue siendo un desafío.
Estudio: Producción ecológica en un solo paso de híbridos de nanoláminas de grafeno/nitruro de boro multicapa funcionalizados biocompatibles utilizando exfoliación en fase líquida a base de ácido tánico. Crédito de la foto: ktsdesign/Shutterstock.com
En este contexto, se publicó en la revista un nuevo proceso para la producción de nanohíbridos biocompatibles a partir de nitruro de boro y ácido tánico ACS Sustentable Química y Tecnología.
Significado de algunos gráficos de capa
Las propiedades físicas altamente deseables del grafeno, incluido su módulo elástico superior, alta conductividad térmica y gran área de superficie, lo convierten en un candidato muy adecuado para su uso en aplicaciones catalíticas, médicas, eléctricas y biomédicas. Las posibles aplicaciones van desde nanohíbridos y supercondensadores hasta la gestión y el tratamiento de aguas residuales.
Una red de panal hexagonal de capas muy delgadas de átomos de carbono forma una película de grafeno multicapa. Se utilizan tres procesos: tratamiento con microondas, conversión de nanodiamantes y descarga de arco de grafito para crear grafeno multicapa.
Las capas FFG funcionalizadas en 2D con una relación C/O de aproximadamente dos se forman cuando los átomos de carbono con hibridación sp3 se conectan en una capa hexagonal 2D con una matriz de funcionalidades de oxígeno en cada lado.
Nitruro de boro frente a grafeno: una comparación
El nitruro de boro hexagonal ha intrigado a los científicos de materiales debido a sus propiedades químicas únicas. Debido a que los átomos de nitruro de boro se unen alternativamente y se organizan en una configuración en la que dos átomos en capas adyacentes quedan atrapados uno encima del otro debido a un desajuste de polaridad, difiere del grafito.
Sin embargo, el interés en el nitruro de boro ha aumentado debido a su naturaleza química inerte, biocompatibilidad y altas propiedades térmicas.
Nanoláminas de nitruro de boro (BNN)
Los nanohíbridos de nitruro de boro pueden mejorar significativamente las propiedades mecánicas de su matriz huésped. Los BNN muestran mayores niveles de rendimiento en términos de tenacidad a la fractura, conductividad térmica y estabilidad térmica.
Por lo tanto, los BNN tienen el potencial de desarrollarse con otros nanohíbridos como rellenos en matrices poliméricas para mejorar su rendimiento.
Retos en la producción de BNNs y grafos
El uso posterior de estos materiales de alto rendimiento está limitado por su compatibilidad ambiental y producción escalable.
En este trabajo, se utilizó un peeling en fase líquida a base de ácido tánico basado en biomoléculas medicinales verdes para desarrollar una técnica ecológica para fabricar nanohíbridos FFG/BNN.
Exfoliante líquido a base de ácido tánico
Las técnicas asistidas por ácido tánico para la síntesis de nanomateriales pueden conducir a materiales altamente funcionalizados con hidroxilo y carboxilo, que son cruciales para las aplicaciones del mundo real.
El ácido tánico no se ha utilizado previamente para la exfoliación directa en la hibridación de nanohíbridos 2D. En esta investigación se utilizó como agente estabilizador y exfoliante verde.
El modificador de superficie más adecuado para mejorar las propiedades químicas y físicas de las nanopartículas y los nanohíbridos 2D es el ácido tánico, uno de los compuestos verdes más utilizados con un alto contenido de grupos pirogalol-catecol. El FFG/BNN construido mostró estabilidad de dispersión a largo plazo.
Los autores argumentaron que esta técnica, que es fácil de aplicar y tiene un alto rendimiento, no solo puede revelar aplicaciones de FFG/BNN como compuestos independientes, sino que también puede usarse para mejorar las propiedades mecánicas de los nanohíbridos al usarlos como relleno en las matrices poliméricas funcionan.
Perspectivas de futuro e implicaciones de la investigación
Esta investigación proporciona una metodología importante para generar FFG/BNN a gran escala y ha logrado alcanzar el rendimiento más alto del 57,3 %. Sin embargo, la posibilidad de optimizar parámetros como la materia prima y la proporción de nanohíbridos puede explorarse y explotarse para lograr rendimientos aún mayores y proporcionaría una mejor comprensión de la dinámica de los materiales bidimensionales.
Si se descubre que es reproducible de forma masiva, los grupos de investigación y la industria podrían utilizar este método para producir híbridos FFG/BNN mejorados manteniendo un enfoque respetuoso con el medio ambiente.
Relación
Deshmukh, AR, Chaturvedi, PK, Lee, S-Y, Park, W-Y y Kim, BS (2022). Producción ecológica de híbridos de nanoláminas de grafeno/nitruro de boro funcionalizados biocompatibles de baja capa en un solo paso utilizando peeling en fase líquida a base de ácido tánico. ACS Química y Energía Sostenible. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c02484
