Estudio experimental de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno y de óxido de grafeno

Abstract

"En esta tesis se presentan la segunda parte del estudio sistemático de síntesis y caracterización de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (CNx) mediante la técnica de deposición química de vapores (CVD). Partimos de los análisis referentes a la morfología de los CNx discutidos en la sección de Antecedentes del trabajo, posteriormente con la misma metodología de análisis de resultados dependientes de la posición de la muestra dentro del reactor, se indaga y amplia las caracterizaciones de los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno mediante las técnicas de espectroscopía (Raman, XPS, FTIR), cálculos computacionales (teoría del funcional de la densidad), magnética (curvas de histéresis), térmica (análisis termogravimétrico) y electroquímica (voltamperometría cíclica).

Los análisis de resultados espectroscópicos muestran como los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno tienen propiedades diferentes dependiendo de la posición de síntesis dentro del reactor como en el caso de la capacitancia, remanencia magnética o grupos funcionales las cuales son de interés en el caso de aplicaciones como celdas para baterías y transporte de fármacos en los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno.

Una de los beneficios de este estudio sistemático donde se colectan y estudian las muestras de CNx centímetro por centímetro a lo largo del reactor es que asimilaría a obtener muchas síntesis de CNx por separado con variaciones en pequeñas cantidades de sus especies. Esto significó que además de obtener y concatenar información del sistema por múltiples técnicas de caracterización teniendo de común denominador la posición de la muestra dentro del reactor, nos permitió distinguir a detalle la interacción, efecto y evolución que provocan los cambios de las especies de carbono, nitrógeno, oxígeno y hierro en un material nanoestructurado 1D el cual tiene propiedades diferentes de los nanotubos de carbono sin dopar.

Otra de las ventajas es que en posteriores síntesis de CNx con las mismas condiciones experimentales la reproducibilidad del perfil temperatura-posición-peso se mantiene, por lo que los resultados estudiados en esta tesis son válidos en futuros experimentos donde se requiera CNx sintetizados de alguna región en específico dentro del reactor.

De manera alteran se desarrolla el tema sobre desalinización de agua a través de membranas de óxido de grafeno, se describen los parámetros utilizados en la síntesis de óxido de grafeno y su variación respecto al rechazo de la solución salina con concentración de 0.2 wt. % dentro del rango de filtración por ósmosis inversa."

"This thesis presents the second part of the systematic study of synthesis and characterization of nitrogen doped carbon nanotubes (CNx) by chemical vapor deposition (CVD). We start from morphology analyzes of the CNx discussed in the background section, then we follow the same analysis methodology results depending on the position of the sample inside reactor, some others characterizations have been upgrade to understand the physicochemical properties: (Raman, XPS, FTIR), computational calculations (density functional theory), magnetic (hysteresis curves), thermal (thermogravimetric analysis) and electrochemistry (cyclic voltammetry). Analyzes of spectroscopic results show how nitrogen-doped carbon nanotubes have different properties depending where the samples take place inside the reactor. We present the results in terms of capacitance, magnetic remanence or functional groups which are of interest in the case of applications as cells for batteries and drug transport in nitrogen-doped carbon nanotubes.One of the benefits of this systematic study where samples of CNx centimeter per centimeter throughout the reactor are collected and studied is that it would assimilate to obtain many CNx synthesis separately with variations in small quantities of its species. This has sense if in addition to obtaining and concatenating system information by multiple characterization techniques having a common denominator the position of the sample inside the reactor, allowed us to distinguish in detail the interaction, effect and evolution caused by changes in carbon species, nitrogen, oxygen and iron in a nanostructured material 1D which has properties different from the nondoped carbon nanotubes. Another advantage is that in subsequent CNx syntheses with the same experimental conditions the reproducibility of the temperature-position-weight profile is maintained, so the results studied in this thesis are valid in future experiments where CNx synthesized from some region inside reactor. Alternately, water desalination by graphene oxide membranes study has been developed, we focus in the parameters used in the synthesis of graphene oxide and its variation with respect to the rejection of saline solution."