Nanoestructuras de carbono dopadas con fósforo

Abstract

"El dopaje de nanoestructuras de carbono empleando átomos tales como B, N, O, P, entre otros, ha demostrado la capacidad de modificar sus propiedades físicas químicas, tales como la dureza, conductividad eléctrica, reducción de la oxidación térmica y actividad catalítica. En este trabajo, se sintetizaron nanoestructuras de carbono dopadas con fósforo y nitrógeno (nanotubos de carbono, esponjas de nanotubos de carbono y nanoesferas de carbono), mediante la técnica de depósito químico de vapor (CVD, por sus siglas en inglés, “Chemical Vapor Deposition”). Las nanoestructuras fueron dopadas con fósforo con la incorporación de óxido de trioctilfosfina y trifenilfosfina como precursor en el sistema CVD. Las muestras sintetizadas fueron analizadas Mediante microscopía electrónica de barrido y transmisión, espectroscopía Raman, Difracción de Rayos X, FTIR y TGA. Mediante difracción de rayos X, se identificó el plano cristalográfico (002), típico de materiales grafiticos. Los espectros Raman mostraron las señales correspondientes a la banda D (relacionada con defectos) y G (relacionada con la grafitización). La relación de intensidades entre la banda D y G (ID/IG) mostró que las esponjas de carbono contienen defectos, los cuales pueden ser atribuidos a la incorporación de átomos de fósforo dentro de la red grafítica. El análisis termogravimétrico mostro que las nanoesferas dopadas con fósforo tienen una mayor resistencia a la descomposición térmica comparadas con esferas sin dopaje. Las pruebas de absorción en las esponjas revelaron que pueden absorber distintos solventes y aceites, de igual manera, se determinó que el etilenglicol no es absorbido por la esponja debido a una posible repulsión entre los grupos funcionales de fósforo presentes en la esponja y este líquido, de igual manera se determinó que la esponja puede ser reutilizada conservando más del 60% de su capacidad de absorción. Las caracterizaciones por FTIR mostraron la presencia de diferentes tipos de enlaces (C=O, P=O, P-O, entre otros). Los ciclos de voltametría de la esponja dopada con fósforo-nitrógeno sugiere un comportamiento electroquímico de doble capa."

"The doping of carbon nanostructures using atoms such as nitrogen, phosphorus, boron, among others, has been shown to improve the physical (hardness, electrical conductivity, thermal oxidation reduction) and chemical (catalytic activity) properties of these materials. This work shows the synthesis of carbon nanotubes, sponges of carbon nanotubes and carbon nanospheres, using the chemical vapor deposition technique (CVD), these structures were doped with phosphorus by incorporating trioctylphosphine oxide and triphenylphosphine in the CVD system. The analysis of the physical properties was carried out by means of transmission and scanning electron microscopy, where it is shown that the phosphorus alters the internal and external morphology of these materials. The (002) plane corresponding to graphite was identified on the three nanostructures by X-ray diffraction. By Raman spectroscopy it was determined that in the three systems there are no significant changes in the D and G bands compared to undoped structures. The ID/IG ratios show defects in the nanostructure, which can be attributed to the incorporation of phosphorus atoms within the graphitic network. Thermogravimetric analysis showed that phosphorus-doped nanospheres have a greater resistance to thermal decomposition. The absorption tests on the sponges revealed that they can absorb different solvents and oils, in the same way, it was determined that there are solvents that cannot be absorbed such as ethylene glycol due to a possible repulsion between the phosphorus functional groups present in the sponge and this liquid, in the same way, it was determined that the sponge can be reused keeping more than 60% of its absorption capacity. The FTIR analysis showed the possible functional groups that make up the sponge (C=O, P=O, P-O, among others). Voltammetry tests showed double-layer electrochemical behavior in the sponge."