Síntesis de nanopartículas de Fe3O4 (magnetita) y su recubrimiento usando carbonización de glucosa mediante un proceso solvotérmico

Abstract

"En comparación con otros óxidos de metales de transición tales como Co3O4, Mn3O4, NiO, RuO2 o SnO, los cristales de Fe3O4 (magnetita) son materiales muy atractivos para diversas aplicaciones tecnológicas debido a su bajo costo, alta conductividad eléctrica y benignidad ambiental. El recubrimiento con carbono, por otro lado, es uno de los métodos más usados para mantener la estabilidad fisicoquímica de nanopartículas. En el caso del Fe3O4, el recubrimiento carbonoso ayuda a mantener su estabilidad química y protegerla de la oxidación en condiciones ambientales, en medios ácidos o básicos, sin alterar sus diversas propiedades. También desempeña un papel importante en la mejora de la conductividad electrónica de materiales para electrodos anódicos y sirve como una barrera protectora para liberar eficazmente la expansión de volumen de los materiales activos durante el proceso de carga-descarga en dispositivos de almacenamiento de energía. En nuestro trabajo se sintetizaron nanopartículas de Fe3O4 por el método de coprecipitación, el cual tiene la ventaja de producir gran cantidad de material en un corto periodo (minutos), el control del tamaño y la forma es relativamente bueno, y una fácil recuperación del mismo por medio de lavados con agua y etanol. A partir de las nanopartículas de Fe3O4, se realizó su recubrimiento con capas de carbono mediante un proceso solvotérmico, a temperatura relativamente alta y a alta presiones. Además de ser una vía húmeda verde amigable con el ambiente, en este proceso mejoramos la estabilidad química en condiciones ambientales de las partículas de magnetita. Las diversas caracterizaciones mostraron que las nanopartículas fueron recubiertas de carbono y que una buena conductividad fue obtenida, lo que abre la ruta para su posible aplicación en supercapacitores y batería de iones de Li."

"Compared to other transition metal oxides such as Co3O4, Mn3O4, NiO, RuO2 or SnO, Fe3O4 (magnetite) crystals are very attractive materials for various technological applications due to their low cost, high electrical conductivity and environmental benignity. Coating with carbon, on the other hand, is one of the most widely used methods to maintain the physicochemical stability of nanoparticles. In the case of Fe3O4, the carbonaceous coating helps maintain its chemical stability and protect it from oxidation under environmental conditions, in acidic or basic media, without altering its various properties. It also plays an important role in improving the electronic conductivity of materials for anode electrodes and serves as a protective barrier to effectively release the volume expansion of the active materials during the charge-discharge process in energy storage devices. In our work, nanoparticles of Fe3O4 were synthesized by the co-precipitation method, which has the advantage of producing a large amount of material in a short period (minutes), control of size and shape is relatively good, and easy recovery by washing with water and ethanol. From the Fe3O4 nanoparticles, it was coated with carbon layers by a solvothermic process, at a relatively high temperature and at high pressures. In addition to being an environmentally friendly green humid way, in this process we improve the chemical stability under environmental conditions of the magnetite particles. The various characterizations showed that the nanoparticles were carbon coated and that a good conductivity was obtained, which opens the way for its possible application in supercapacitors and Li-ion battery."