Síntesis, caracterización y propiedades fisioquímicas de materiales nanoporosos de carbono.

Abstract

"Nanoestructuras orgánicas autoensambladas (micelas), han sido usadas como moldes “blandos” para a través de una transformación 3D obtener replicas inorgánicas huecas: silicatos nanoporosos. En este trabajo se han sintetizado varias estructuras de carbono nanoporoso con áreas especificas superiores a los 1000 m2/g, usando ahora a los silicatos nanoporosos como moldes moleculares “duros”. Materiales compuestos, silicato-carbono nanoporoso, fueron usados en la síntesis simultanea de nanofibras de carbono y carburos metálicos. El sistema en conjunto fue estudiado en la reacción de hidrodesintegración de n-octano, obteniendose conversiones de 14% a 450 ºC y diferentes selectividades: hacia n-heptano, n-butano o n-propano, según la composición del sistema evaluado. Uno de los materiales obtenidos, el carbono nanoporoso CM-MCM48 presento una alta estabilidad térmica de hasta 2800 ºC en atmósfera inerte, lo que permite variar el grado de grafitización según la temperatura de tratamiento. Las propiedades de este material fueron probadas como capacitores electroquímicos de doble capa, para el almacenamiento de hidrógeno y para la síntesis de nitruro de boro (BN). Como capacitor electroquímico de doble capa presenta una capacitancía máxima de 29.64 F/g con una eficiencia del 50%, en el almacenamiento de hidrógeno se obtuvo una capacidad máxima de 2.7% en peso a 77K a una presión de 50 bar. El BN obtenido a partir del carbono nanoporoso CM-MCM48, presenta un área especifica de 290 m2/g, es un estable emisor de campo con bajos voltajes de encendido: 2.1 –2.3 V / m. Los resultados obtenidos en la síntesis y evaluación de propiedades de las estructuras de carbono nanoporoso obtenidas en este trabajo son una nueva alternativa para desarrollo de posibles aplicaciones de carbono nanoestructurado."

"Autoassembled organic nanostructures (micelles) have been used as “soft” templates to obtain inorganic hollow replicas (nanoporous silicates) by means of 3D transformations. In this work various nanoporous carbon structures have been synthesized using nanoporous silicates as “hard” molecular templates. In addition, composite silicate-carbon materials were used to perform the simultaneous synthesis of carbon nanofibers and metallic carbides. The catalytic properties of this hybrid system was studied by hydrocracking reaction of n-octane, which yielded conversions of 14% at 4500C; different selectivities towards nheptane, n-butane or n-propane were also evaluated. One of the synthesized materials (CM-MCM48 nanoporous carbon) showed a high thermal stability up to 28000C under inert conditions, which allows to vary the graphitization degree according to the treatment temperature. The properties of these materials were tested as double-layer electrochemical capacitors, for the hydrogen storage and the production of mesoporous BN materials. As a doublelayer electrochemical capacitor we observed a maximum capacitance of 29.64 μF/g with efficiency of 50 %. For the hydrogen storage study, a maximum capacity of 2.7 weight percent at 77K and 50 bar was witnessed. The produced porous BN exhibited a specific areas of 290 m2/g, and showed stable field emission at low turn-on voltages: 2.1-2.3 V/μm. These results demonstrate that these novel materials are a new alternative to develop possible applications of the nanostructured carbon."