¿Qué es común entre una tecnología para almacenar energía en una celda solar y la de purificación de agua? Ambos dependen del uso de materiales porosos, o más específicamente, Materiales 'nanoporosos' que pueden atrapar moléculas de gas en espacios estrechos en su superficie, llamados poros, que son sólo nanómetros (una mil millonésima parte de un metro) de tamaño. En el lenguaje de la química, el fenómeno se conoce como adsorción y ha jugado un papel importante en la síntesis de materiales porosos de diferentes composiciones, tamaños de poros, e incluso geometrías de poros.

Tradicionalmente, carbón activado (AC, o una forma porosa de carbono) ha sido un adsorbente popular para aplicaciones prácticas debido a su mayor capacidad de adsorción que la de otros materiales porosos. Últimamente, sin embargo, El nitruro de boro poroso (p-BN) ha surgido como una alternativa prometedora debido a su impresionante rendimiento, como lo destaca un estudio reciente que afirma que el p-BN puede adsorber una cantidad relativamente grande de dióxido de carbono a temperatura ambiente.

Ahora, un grupo de científicos de la Universidad de Okayama y la Universidad de Nagasaki, Japón, ha puesto esta afirmación a prueba en su último estudio, donde examinaron las características de adsorción de p-BN en detalle. "Una unidad BN y dos átomos de carbono (es decir, CC) ambos tienen el mismo número de electrones y estructuras similares, pero su interacción con las moléculas de gas es diferente debido a la naturaleza atómicamente heterogénea de la BN. A pesar de esto, Ha habido muy poca investigación sobre materiales BN. En nuestro estudio, queríamos ver si BN tiene propiedades de adsorción específicas que no se pueden observar en los materiales de carbono, "explica el Dr. Takahiro Ohkubo de la Universidad de Okayama, quien dirigió este estudio publicado en la revista Avances RSC .

Para empezar, los científicos sintetizaron muestras de p-BN en condiciones de alta temperatura en presencia de nitrógeno e investigaron su estructura mediante difracción de rayos X, análisis de espectros infrarrojos (IR), y microscopía electrónica de alta resolución. Las muestras solo se diferenciaron entre sí con respecto a las temperaturas a las que se sintetizaron. Si bien los datos de difracción de rayos X y el IR revelaron una fase amorfa (que carece de una estructura bien definida) BN que comprende microcristales de fase hexagonal BN (h-BN) para todas las muestras, el tratado a 1673 K (1400 ° C), llamado p-BN-1673, mostró la estructura más ordenada. Después de examinarlo bajo el microscopio electrónico, los científicos descubrieron que esta muestra estaba compuesta por capas apiladas de hojas curvas con poros de tamaño nanométrico formados en el medio.

A continuación, los científicos observaron las curvas termogravimétricas de las muestras para estimar su estabilidad frente a la oxidación y descubrieron que estaba directamente relacionada con la temperatura de síntesis. con temperaturas más altas que implican una mayor estabilidad. Es más, Se introdujeron algunas especies adicionales de carbono y oxígeno en la estructura cristalina de h-BN, especialmente en p-BN-1473, dando lugar a sitios químicamente activos para la adsorción de nitrógeno. Si bien estas especies normalmente reducen la estabilidad a la oxidación, la cristalinidad del h-BN ayudó a conservarlo hasta 973 K en condiciones normales, una propiedad que no está presente en los adsorbentes a base de carbono.

Finalmente, al comparar la capacidad de adsorción de gas de p-BN y AC con nitrógeno y argón como adsorbatos, Los científicos observaron que los poros de p-BN adsorbían nitrógeno con más fuerza que el argón y en una cantidad relativamente mucho mayor (~ 150% -200%) que el AC. Atribuyeron esta observación a una interacción física adicional entre el nitrógeno y los poros de p-BN que estaba ausente para el argón, y la creación de sitios de adsorción en p-BN por las especies de carbono y oxígeno impregnadas.

Con estos resultados, el Dr. Ohkubo y su equipo confían en el surgimiento del p-BN como material adsorbente de próxima generación. "Dada su superior estabilidad a la oxidación y la naturaleza de la adsorción, Esperamos las aplicaciones de BN poroso como un nuevo material de soporte de catalizador y adsorbente, especialmente en los casos en que el uso de adsorbentes de carbono no sea factible, "comenta el Dr. Ohkubo.

Parece que el carbono está a punto de pasar de moda en otro frente.