Síntesis, caracterización y modelado de carbones nanoestructurados

D. BARRERA; M.DÁVILA; V. CORNETTE; R. LÓPEZ; K. SAPAG; G. ZGRABLICH

Puebla

Conferencia; 1er colóquio pFisico Nano 2011; 2011

Debido a los problemas energéticos y medioambientales que enfrentamos en los últimos tiempos, hay un fuerte interés desde el ámbito científico en optimizar ciertos procesos. Para aumentar la eficiencia y selectividad de estos procesos ha sido necesario avanzar en la tecnología de los materiales. Entre éstos se encuentran los carbones nanoestructurados (CN), los cuales presentan propiedades fisicoquímicas de gran utilidad, tales como: alta superficie específica, alto grado de ordenamiento y buena estabilidad química, entre otras. Las aplicaciones más importantes están centradas en: procesos de separación, como CH4/CO2 y N2/O2;  el almacenamiento de gases energéticos, como el CH4 y el H2; el secuestro de algunos gases, como el CO2 por sus importantes consecuencias medioambientales; y en el almacenamiento de energía, como electrodos de baterías  y en supercapacitores.   Síntesis y caracterizaciónEn este trabajo se llevó a cabo la síntesis de un CN, mediante la técnica de templado o nanocasting, la cual permite obtener el negativo del material utilizado como template logrando un buen control de la porosidad del CN. La técnica requiere cuatro etapas: i) síntesis de la matriz inorgánica (template); ii) impregnación del template con un precursor orgánico (fuente de carbón); iii) carbonización de la fuente de carbón y iv) eliminación de la matriz inorgánica. Se utilizó como template un material mesoporoso ordenado (MMO) tipo SBA-15 y sacarosa como fuente de carbón, obteniendo así el carbón nanoporoso CMK-3, el cual consiste de un arreglo de nanorods formados a partir de los poros cilíndricos que conforman la matriz inorgánica.El template SBA-15 se sintetizó por vía no hidrotérmica. Tanto el template como el carbón nanoestructurado se caracterizaron estructuralmente por difracción de rayos X de bajo ángulo y texturalmente por adsorción ? desorción de N2 a 77.Simulación computacional   Adicionalmente se modeló este carbón, como un arreglo de cilindros macizos ordenados en una estructura de sección transversal hexagonal, y se realizaron simulaciones de adsorción de N2, mediante el método de Monte Carlo en el ensamble Gran Canónico. Los resultados de simulación mostraron muy buen acuerdo con las isotermas de adsorción experimentales. Este primer paso, el de conciliar simulación de Monte Carlo con la síntesis, está dirigido hacia el diseño racional de CN, con el objetivo de optimizar las funcionalidades del material para cada aplicación.