Международной исследовательской группе под руководством японского Национального института материаловедения (NIMS) удалось синтезировать углеродные нанолисты с многочисленными порами для широкого круга электрохимических применений. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Проект, выполненный международной научной группой под руководством Юсуке Ямаути из NIMS с участием исследователей из Университета Васэда (Япония), Университета Квинсленда (Австралия), Восточно-китайского педагогического университета и Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики (КНР), ставил целью получение технологии разработки эффективных материалов, потенциально применимых для преобразования/аккумулирования энергии, электрокатализаторов и перезаряжаемых батарей.
Научная группа разработала метод синтеза пористых углеродных нанолистов путем расслаивания слоистых металлоорганических каркасов (MOF) на отдельные нанолисты и их карбонизации. Эти нанолисты могут быть повторно сложены для формирования трехмерных материалов, сохраняя при этом многие из их каталитически активных участков.
В основном MOF состоят из органических строительных единиц и ионов металлов, связанных органическими лигандами. Их можно использовать для эффективной адсорбции, разделения или распознавания молекул газа. Однако их меньшая проводимость делает их неэффективными для широкого круга электрохимических применений, включая электрокатализаторы, конденсаторы, перезаряжаемые батареи и топливные элементы.
Ожидается, что пористый углерод, полученный из MOF, с химически стабильным и электропроводящим каркасом продемонстрирует достаточно высокие характеристики для подобных применений. Научная группа разработала пористые углеродные нанолисты толщиной всего 1,5 нм с многочисленными, полностью проникающими через них порами. Им можно легко придать новые функции, химически модифицируя их поры с помощью других молекул.
Например, MOF можно расслаивать и карбонизировать с образованием пористых углеродных нанолистов, сохраняя атомы азота (N), полученные из MOF. Затем поры нанолистов могут быть модифицированы атомами железа (Fe) для формирования равномерно и плотно распределенных электрохимически активных участков Fe-N 4 по всему нанолисту. Эти нанолисты потенциально могут быть использованы для значительного увеличения активности реакции восстановления кислорода в топливных элементах.