SÍNTESIS, CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN ELECTROQUÍMICA DE NANOESTRUCTURAS DE CARBONO

Abstract

"El objetivo principal de este trabajo de tesis fue estudiar diferentes nanoestructuras de carbono, con la finalidad de evaluar sus propiedades electroquímicas para la posible fabricación de supercondensadores. El trabajo se dividió en tres tipos de nanoestructuras principales: nanocebollas, nanotubos y esferas de carbono. En una primera instancia, hemos sintetizado nanocebollas de carbono (CNO) dopadas con nitrógeno y núcleo de carburo de hierro. Así como nanotubos de carbono de paredes múltiples dopados con nitrógeno (N-MWCNT). Ambas nanoestructuras se sintetizaron pirolizando varias mezclas de reacción de alcohol-bencilamina. Las CNO mostraron cierto grado de funcionalización de sus superficies, dependiendo del solvente, así como un dopaje tipo n debido a la inclusión de átomos de N en las capas de grafeno. Las diferencias en la morfología de las muestras tienen un efecto importante en su conductividad eléctrica, así como en sus propiedades electroquímicas. Las muestras sintetizadas que presentan CNOs bien definidos tienen baja conductividad y mayor capacitancia, mientras que aquellas muestras que tienen las mejores conductividades y menores capacitancias están conectadas entre ellas por cintas de grafito turboestrático. Mientras que para el caso de los N-MWCNTs, en concentraciones bajas de ferroceno, las muestras están compuestas principalmente por N-MWCNT con nanopartículas de carburo de hierro en sus puntas, mientras que en concentraciones altas de ferroceno las muestras están compuestas por una mezcla de N-MWCNT y nanocebollas de carbono (CNO) con núcleo de carburo de hierro. Esta diferencia de morfología en la muestra juega un papel importante para la alta capacitancia electroquímica en las muestras de EB91-3% en peso en comparación con otras muestras. Por último, esferas de carbono fueron sintetizadas a partir de la polimerización de glucosa mediante un proceso hidrotermal. Se observaron diferencias morfológicas dependiendo de la concentración de glucosa utilizada. Además, se observó que los materiales deben ser adecuadamente humectados para una correcta medición de sus propiedades electroquímicas."

"The main objective of this thesis work was to study different carbon nanostructures, to evaluate their electrochemical properties for the possible manufacture of supercapacitors. The work was divided into three main types of nanostructures: nano-onions, nanotubes, and carbon spheres. In the first instance, we have synthesized carbon nano-onions (CNO) doped with nitrogen and an iron carbide nucleus. These nanostructures were synthesized by pyrolyzing various alcohol-benzylamine reaction mixtures. These CNOs showed a certain degree of functionalization of their surfaces, depending on the solvent, as well as an n-type doping due to the inclusion of N atoms in the graphene layers. Differences in the morphology of the samples have an important effect on their electrical conductivity, as well as their electrochemical properties. The synthesized samples that present well-defined CNOs have low conductivity and higher capacitance, while those samples that have the best conductivities and lower capacitances are connected to each other by turbostatic graphite ribbons. Furthermore, different reaction mixtures of ethanol-benzylamine (EB) ratio were prepared for the synthesis of nitrogen-doped multi-walled carbon nanotubes (NMWCNT). At low concentrations of ferrocene, the samples are mainly composed of N-MWCNT with iron carbide nanoparticles at their tips, while at high concentrations of ferrocene the samples are composed of a mixture of N-MWCNT and carbon nanoonions (CNO) with iron carbide core. This difference in morphology in the sample plays an important role for the high electrochemical capacitance in the EB91-3% by weight samples compared to other samples."