Notícias

Jun 19, 2023

Catadores de espuma de grafeno branco 3D: vesicante

NPG Asia Materials volume 7,

NPG Asia Materials volume 7, página e168 (2015)Citar este artigo

9289 Acessos

57 Citações

3 Altmétrica

Detalhes das métricas

Nanoestruturas tridimensionais (3D) montadas com cristais bidimensionais (2D) ultrafinos de uma ou poucas camadas têm despertado grande interesse em aplicações energéticas e ambientais. Aqui, apresentamos um processo de formação de espuma a gás em um material cerâmico hexagonal de nitreto de boro (h-BN) para fabricar espumas de grafeno branco 3D (WG) sem usar nenhum catalisador ou modelo para aplicações superfortes de remoção de poluentes. É importante ressaltar que a introdução de vesicantes garantiu a reprodutibilidade e o rendimento (>500 cm3). Curiosamente, essas espumas 3D WG possuíam uma estrutura vesicular com poros hierárquicos variando de escalas de nm a μm e com paredes ultrafinas consistindo de membranas BN de mono ou poucas camadas com tamanhos planares de até 100 μm. Consequentemente, tais méritos de microestrutura de poros hierárquicos e paredes ultrafinas dotaram-nos não apenas de densidade muito baixa (2,1 mg cm-3), mas também de capacidade de adsorção super forte, ilustrada por capacitâncias de até 190 vezes seu próprio peso em uma ampla gama de contaminações ambientais, incluindo vários óleos e corantes. Assim, as espumas 3D h-BN WG preparadas por espumação assistida por vesicantes devem ter grande potencial como excelentes necrófagos ambientais.

Cristais bidimensionais (2D), como o grafeno1 e o grafeno branco (WG, nitreto de boro hexagonal mono ou de poucas camadas (h-BN)),2,3 despertaram grande interesse por causa de suas extraordinárias propriedades intrínsecas e ampla gama de aplicações em eletrônica, optoeletrônica, armazenamento de energia e meio ambiente.4 No entanto, para algumas aplicações específicas, como a adsorção de vários contaminantes e como eletrodos em células eletroquímicas, suas estruturas 2D planas primitivas foram reconhecidas como não correspondendo totalmente aos requisitos práticos. 5, 6, 7, 8 Em contraste, arquiteturas tridimensionais (3D) usando cristais 2D como blocos de construção podem fornecer simultaneamente as virtudes de estruturas 2D e 3D, como folhas ultrafinas e grandes áreas de superfície específicas de folhas 2D6 e poros hierárquicos e densidades ultraleves de configurações 3D.7 Recentemente, esses novos recursos de estrutura 2D–3D demonstraram exibir desempenhos novos e excepcionais. Por exemplo, estruturas 3D de nanotubos de carbono com grafeno tinham densidades tão baixas quanto 0,16 mg cm-3, ainda mais leves que o ar (1,29 mg cm-3);9 redes 3D de grafeno e BN exibiram excelentes propriedades mecânicas;10, 11 redes híbridas 3D BNC mostrou propriedades eletrônicas e térmicas sintonizáveis.12

No entanto, a fabricação de alto rendimento de tais arquiteturas 3D de cristais 2D, especialmente sem o uso de moldes ou catalisadores, continua sendo um grande desafio. Atualmente, existem dois métodos para fabricar espumas 3D WG. O primeiro método envolve a montagem de folhas 2D preparadas quimicamente em estruturas 3D.5, 6, 7, 8, 9 Claramente, o rendimento é limitado pelos cristais 2D primários e pelo processo de montagem. Mais importante ainda, as conexões artificiais e ruins entre os cristais 2D geralmente degradam o transporte elétrico e térmico dentro dessas estruturas 3D.13, 14, 15, 16 Para alcançar redes 3D naturalmente integradas, um segundo método foi desenvolvido recentemente.17 Chen et al. 10 relataram o crescimento de deposição de vapor químico de estruturas 3D de grafeno poroso com espuma de níquel como catalisador e modelo 3D. Essa abordagem de deposição química de vapor pode fornecer altas propriedades mecânicas e elétricas e, portanto, atraiu muito interesse em dispositivos de energia.11, 12, 17 No entanto, o rendimento e o custo são limitados pelo uso de espumas de Ni. De acordo com o estado atual neste campo, a realização de conexões naturais e de alto rendimento avançará muito as espumas 3D WG. No entanto, um método fácil e de grande rendimento sem o uso de quaisquer catalisadores ou moldes ainda está ausente. É importante ressaltar que a introdução de vesicantes garante a reprodutibilidade e rendimento (>500 cm3).