Síntesis y funcionalización de nanopartículas de carbono tipo cebollas para fabricación de supercapacitores

Abstract

"Por medio de la combustión de naftaleno se sintetizaron nanopartículas de car- bono tipo cebollas (CNOs), sin la presencia de un catalizador, produciéndose además grandes cantidades (a escala de gramos) en tiempos reducidos (en minu- tos). Las nanopartículas fueron tratadas químicamente (HNO3 y H2SO4 a diferen- tes concentraciones) para su funcionalización, posterior a este proceso se realizó un tratamiento térmico lo que incremento su porosidad y como resultado, un au- mento de su área superficial específica, a la vez que se mantuvo una buena grafi- tización. Imágenes obtenidas por la técnica de microscopía electrónica mostraron la formación de CNOs con un diámetro promedio de 35 nm; así como la presencia de capas grafíticas internas. Espectros de FT-IR mostraron que hubo efectivamen- te una funcionalización de las CNOs al ser sometidas a un baño de mezcla de áci- dos. Mientras que, espectros de Raman indicaron un incremento en la grafitización de las muestras, después de recibir el tratamiento térmico. Estas estructuras trata- das térmicamente mostraron un área superficial de ⁓300 m2/g. En este trabajo de tesis, sólo las muestras que recibieron el tratamiento térmico fueron preparadas para medir su capacitancia en una celda electrolítica con un arreglo de 3 electro- dos, donde se empleó 1M H2SO4 como electrolito, a diferentes velocidades de ba- rrido. Las muestras sometidas a un baño ácido y luego tratadas con un recocido térmico a 800°C mostraron una capacitancia específica de ⁓70 F/g a una velocidad de barrido de 5 mV/s; mientras que la muestra que sólo recibió recocido tér- mico final alcanzó un valor de 20.5 F/g."

"Through the combustion of naphthalene, onion-type carbon nanoparticles (CNOs) were synthesized, without the presence of a catalyst, and large quantities (on a gram scale) were also produced in reduced times (in minutes). The nanoparticles were chemically treated (HNO3 and H2SO4 at different concentrations) for their functionalization, after this process a thermal treatment was carried out which in- creased their porosity and as a result, an increase in their specific surface area, at the same time a good graphitization was maintained. Images obtained by the elec- tron microscopy technique showed the formation of CNOs with an average diame- ter of 35 nm; as well as the presence of internal graphite layers. FT-IR spectra showed that there was indeed a functionalization of the CNOs when subjected to an acid mixture bath. While Raman spectra indicated an increase in the graphitiza- tion of the samples, after receiving the heat treatment. These heat-treated struc- tures showed a surface area of ⁓300 m2/g. In this thesis work, only the samples that received the heat treatment were prepared to measure their capacitance in an electrolytic cell with a 3-electrode array, where 1M H2SO4 was used as the electro- lyte, at different scanning speeds. The samples subjected to an acid bath and then treated with a thermal anneal at 800°C showed a specific capacitance of ⁓70 F/g at a sweep speed of 5 mV/s; while the sample that only received final thermal an- nealing reached a value of 20.5 F/g."