Las nanopartículas de carbono huecas son fuertes, Conducen bien la electricidad y tienen una superficie notablemente grande. Se muestran prometedores en aplicaciones como la filtración de agua, almacenamiento de hidrógeno y electrodos de batería, pero el uso comercial exigiría confiabilidad, formas de bajo costo para su producción.

Xu Li, del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales A * STAR de Singapur, y sus colaboradores han desarrollado una técnica de fabricación simple que ofrece un control preciso sobre el tamaño y la forma de las nanoesferas de carbono huecas.

Un método actual para preparar estas partículas implica recubrir una plantilla dura, como nanopartículas de sílice, con un material a base de carbono que se puede fusionar en un caparazón usando calor extremo. Este es un proceso laborioso, y el grabado de la plantilla requiere productos químicos agresivos. El calentamiento de nanoesferas de poliestireno huecas logra resultados similares, pero ofrece un control deficiente sobre el tamaño y la forma de las nanopartículas de carbono resultantes.

Li y sus compañeros de trabajo combinaron un copolímero de bloque llamado F127, compuesto por poli (óxido de etileno) y poli (óxido de propileno), con moléculas de \ beta - ciclodextrina en forma de rosquilla en agua. Después de calentar la mezcla a 200 ° C, las moléculas se autoensamblaron en nanopartículas huecas con un rendimiento del 97,5%.

Las partes de poli (óxido de propileno) que repelen el agua del polímero se pegaron para formar esferas huecas, dejando moléculas de poli (óxido de etileno) colgando del exterior. Los anillos de \ beta - ciclodextrina luego se enhebran en estas hebras, empaquetando el exterior de la esfera para formar un caparazón estable. El uso de una mayor proporción de F127 en la mezcla produjo nanoesferas más grandes, que van desde 200 a 400 nanómetros de diámetro. Calentar estas partículas a 900 ° C en gases inertes quemó el polímero para producir nanopartículas de carbono huecas.

Las nanoesferas más pequeñas tenían 122 nanómetros de diámetro y paredes de 14 nanómetros de espesor salpicadas de poros diminutos de aproximadamente 1 nanómetro de ancho. Cada gramo de este material tenía una superficie de 317,5 metros cuadrados, que es mayor que una cancha de tenis.

Los investigadores utilizaron una suspensión de partículas para recubrir una lámina de cobre y la probaron como ánodo en una batería de iones de litio. Descubrieron que las partículas tenían una capacidad de carga reversible de 462 miliamperios hora por gramo, más alta que el grafito, un material de ánodo típico, y podría recargarse al menos 75 veces sin una pérdida significativa de rendimiento. Los poros aparentemente permiten que los iones de litio migren a las superficies internas de las esferas. "Cambiar la porosidad podría mejorar el proceso de transporte para un mayor rendimiento, "sugiere Li. El equipo ahora planea incorporar metales y materiales de óxido de metal en las nanoesferas huecas de carbono para mejorar aún más sus propiedades.