Caracterización de materiales carbonosos mesoporosos con estructuras jerárquicas

M.S. MORENO; A.M. BAENA-MONCADA; G.A. PLANES; C.A. BARBERO

Buenos Aires

Congreso; 2do Congreso Argentino de Microscopía; 2012

SAMIC

Los materiales mesoporosos son importantes por su alta superficie específica, en virtud de la cual encuentran numerosas aplicaciones. De especial importancia es el control de la estructura de poros porque su ordenamiento en estructuras jerárquicas permite que puedan ser diseñados para fines específicos, por ejemplo: proporcionar un adecuado transporte de masa, gran área superficial, y numerosos sitios activos para las reacciones superficiales.En esta presentación se comunica un proceso de síntesis de carbón poroso nanoestructurado en dos escalas espaciales diferentes: cavidades macroporosas interconectadas entre sí por paredes mesoporosas. En este método ambos tipos de poros son obtenidos simultáneamente y por efecto de un único molde. Los materiales fueron modificados posteriormente con nanopartículas de PtRu y se evaluó su actividad frente a la electrooxidación de metanol a 25 y a 60 °C.El carbón mesoporoso con estructuras jerárquicas (HPC) se obtuvo usando un molde rígido, con esferas de SiO2 de 400 nm de diámetro como unidad de moldura. Las nanopartículas de SiO2 fueron obtenidas mediante hidrólisis de TEOS en medio básico. El molde se obtuvo mediante sedimentación vertical de estas nanopartículas en el fondo de un vial. Después de la evaporación del solvente el ópalo resultante se trató térmicamente a 1000 ºC durante 4 horas para formar la matriz interconectada de nanoesferas de SiO2. El molde se impregnó con una mezcla resorcinol/formaldehido empleando carbonato de calcio como catalizador. Con el propósito de estudiar el efecto del molde sobre la estructura resultante, se preparó una muestra removiendo (con una disolución de HF concentrado) el SiO2 antes de la pirólisis (muestra A). Una segunda muestra fué pirolizada en presencia del molde de SiO2 (muestra B). La pirólisis de ambas muestras se efectuó a 850 ºC durante 24 h.La caracterización del material por HRTEM revela la presencia en ambas muestras demacroporos de diámetro promedio del orden de 400 nm. En el caso de la muestra A (ver figura 1) se observa que las paredes son suaves y casi no se aprecia porosidad. En la muestra B (ver figura 2), en cambio, es evidente que los macroporos están delimitados por paredes mesoporosas altamente permeables, que muestran la aparición de un segundo nivel de porosidad, con tamaños de poro inferiores a 50 nm. El detalle superior de la figura 2 muestra que estas paredes carbonosas tienen una estructura grafítica desordenada, con espesores del orden de los 10 nm. A diferencia de otros métodos sintéticos [1], en este caso la distribución multimodal de poros se obtuvo simultáneamente por efecto de un único molde, y atribuimos su formación a la presencia de una estructura rígida de SiO2 que impide los fenómenos naturales de contracción del material carbonoso resultante,provocando fracturas en las paredes. Esta elevada porosidad interconectada confiere unamultifuncionalidad apropiada para diferentes propósitos.El catalizador obtenido utilizando como soporte este HPC se encuentra bien disperso, contamaños de partícula que van desde los 2 a los 10 nm como se aprecia en el detalle inferior de la figura 2.