Esponjas de Nanotubos de Carbono a partir de Alcoholes

Abstract

"Las esponjas de carbono están definidas como aquellas estructuras formadas por nanotubos de carbono dispuestos en un arreglo tipo tridimensional y muestran propiedades interesantes tales como: superhidrofobicidad, porosidad, deformación mecánica reversible, conductividad eléctrica, baja conductividad térmica y sensibilidad magnética. Recientemente, han llamado especial atención debido a sus potenciales aplicaciones que comprenden desde la absorción de aceites, absorción de solventes orgánicos y filtración de nanopartículas metálicas hasta el desarrollo de sensores, electrodos y supercapacitores. En el presente trabajo de investigación doctoral se reporta la síntesis, caracterización, y estudios electroquímicos y magnéticos de esponjas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (N-CNS). Los precursores químicos que se utilizaron comprenden a la bencilamina, ferroceno, tiofeno, etanol, isopropanol y acetona. El diseño experimental y análisis de datos se presenta en tres capítulos, ver capítulos III, IV y V. En el capítulo III, las N-CNS fueron obtenidas variando la incorporación de la acetona. En el capítulo IV, las N-CNS fueron producidas variando la incorporación del etanol y la acetona, y en el capítulo V, las N-CNS producidas en III y IV fueron tratadas con ácidos utilizando una solución de ácidos sulfúrico/nítrico. Las N-CNS fueron caracterizadas por microscopia electrónica de barrido (SEM), análisis termogravimétrico (TGA), microscopia electrónica de barrido de alta resolución (HRTEM), difracción de rayos-X (XRD), espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos-X (XPS) y espectroscopia Raman. Se encontró que las esponjas están formadas por una estructura compleja de nanotubos y fibras de carbono curvadas y rectas que presentan superhidrofobicidad y dos ordenamientos grafíticos. La incorporación de la acetona promueve: un incremento en el diámetro de las fibras de carbono, la formación de nanopartículas de Fe3C que están incrustadas entre las láminas más externas de las fibras de carbono, y una reducción de la temperatura de oxidación. El nitrógeno está incorporado como grupos funcionales pirrólico, piridínico y nitrógeno cuaternario. El isopropanol promueve una concentración de oxígeno más alta que está presente como grupos funcionales fenoles, carbonilo, metoxis, etoxis, epoxis, éster, ácidos carboxílicos y grupos funcionales de oxígeno más complejos. Adicionalmente, la transferencia de electrones entre los pares redox durante las mediciones de voltametría cíclica se ven favorecidos con el aumento en la concentración de oxígeno. Las N-CNS exhiben un comportamiento ferromagnético con una notable magnetización de saturación que las convierte en candidatos potenciales para el desarrollo de ánodos para baterías basadas en ion-litio y sensores magnéticos. Finalmente, la capacidad de absorción fue probada utilizando diferentes aceites y solventes orgánicos."