Les petites structures en carbone sont un outil utile et polyvalent qui peut être utilisé dans toutes les industries, y compris dans le traitement de l’eau et des eaux usées, le gaz et le pétrole, et le stockage de l’énergie. Afin de créer ces nanostructures, des polymères synthétiques et naturels ont traditionnellement été utilisés comme point de départ pour initier la réaction chimique nécessaire à la création des carbones nanostructurés. C’est ce qu’on appelle un précurseur.
Cependant, les polymères naturels et synthétiques ont des limites. Il est difficile d’être aussi précis avec les polymères naturels du fait de leur complexité et les polymères synthétiques sont difficiles et coûteux à produire.
Des recherches récentes ont démontré une alternative aux précurseurs de polymères en utilisant la chaleur pour transformer de petites molécules organiques en sels métalliques organiques puis en carbones poreux. Le processus de chauffage des molécules pour créer un nouveau matériau est appelé pyrolyse.
L’étude a été publiée dans Nano-recherche le 22 octobre.
« Le but direct de l’utilisation de petites molécules comme précurseurs est de simplifier la préparation du carbone en évitant le processus de polymérisation », a déclaré Hai-Wei Liang, professeur et chercheur à l’Université des sciences et technologies de Chine à Hefei.
« Plus important encore, ce concept d’utilisation de petites molécules peut considérablement élargir la diversité structurelle des précurseurs pour la préparation du carbone et pourrait ainsi ouvrir la voie à l’étude de la relation entre les propriétés des matériaux carbonés et les structures des précurseurs. »
Les recherches antérieures sur les petites molécules organiques comme alternative aux précurseurs de polymères étaient limitées en raison de leurs conditions de synthèse, qui créaient de petites molécules plus volatiles. Cette étude s’appuie sur des recherches antérieures qui ont montré que l’utilisation de liquides ioniques, qui est un sel à l’état liquide, pourrait résoudre certaines de ces limitations.
Ils ont poussé cette idée un peu plus loin et ont utilisé des sels métalliques organiques, également appelés solides ioniques, au lieu de liquides ioniques, car les sels métalliques organiques sont à la fois des matériaux organiques et inorganiques. Cette combinaison de matériaux organiques et inorganiques aide les sels métalliques organiques à former des modèles pour les nanostructures de carbone. Ils montrent également qu’un large éventail de petites molécules organiques peuvent être utilisées comme précurseurs, à condition qu’elles incluent des groupes acides pouvant se transformer en sel.
« La difficulté d’utiliser de petites molécules pour la préparation du carbone provient principalement de leur forte volatilité, qui peut être facilement surmontée par la transformation de petites molécules en sels métalliques organiques. En effet, la force intermoléculaire faible d’origine qui maintient les molécules ensemble est remplacée par une force électrostatique robuste. après la formation de sel, réduisant ainsi la volatilité », a déclaré Liang.
Un autre avantage de l’utilisation de cette méthode est la polyvalence des sels métalliques organiques. En modifiant les composants des sels métalliques organiques, les caractéristiques des nanostructures de carbone peuvent être contrôlées au niveau moléculaire.
À l’avenir, les chercheurs continueront d’explorer les différentes façons d’utiliser cette technique. « Ensuite, nous continuerons à explorer la relation structurelle entre les matériaux carbonés et les précurseurs moléculaires afin d’établir des règles bien définies pour guider la synthèse rationnelle des matériaux carbonés au niveau moléculaire. En fin de compte, nous espérons utiliser l’avantage de cette méthode dans le contrôle du carbone structures et compositions pour réaliser la synthèse sur mesure de matériaux carbonés fonctionnels avancés pour des applications ciblées », a déclaré Liang.
Lei Tong et al, Construire le pont de petites molécules organiques aux carbones poreux via le principe solide ionique, Nano-recherche (2022). DOI : 10.1007/s12274-022-4997-8
Fourni par Tsinghua University Press