El tratamiento con un horno de microondas y cloro elimina los residuos de catalizador de hierro rebeldes de los nanotubos de carbono, según investigadores de Rice University y Swansea University. El proceso de dos pasos puede hacerlos más adecuados para aplicaciones sensibles. Crédito:Virginia Goméz Jiménez / Swansea University
En medio de todos los equipos sofisticados que se encuentran en un laboratorio de nanomateriales típico, uno de los más útiles puede resultar ser el humilde horno de microondas.
Un microondas de cocina estándar demostró ser eficaz como parte de un proceso de dos pasos inventado en las universidades de Rice y Swansea para limpiar los nanotubos de carbono.
Los nanotubos básicos son buenos para muchas cosas, como formar componentes microelectrónicos o fibras y compuestos eléctricamente conductores; para usos más sensibles como la administración de fármacos y los paneles solares, necesitan ser lo más prístinos posible.
Los nanotubos se forman a partir de catalizadores metálicos en presencia de gas calentado, pero los residuos de esos catalizadores (generalmente hierro) a veces permanecen adheridos sobre y dentro de los tubos. Los restos de catalizador pueden ser difíciles de eliminar por medios físicos o químicos porque el mismo gas cargado de carbono que se utiliza para fabricar los tubos permite que los átomos de carbono formen capas encapsulantes alrededor del hierro restante. reduciendo la capacidad de eliminarlo durante la purificación.
En el nuevo proceso, el tratamiento de los tubos al aire libre en un microondas quema el carbono amorfo. Luego, los nanotubos se pueden tratar con cloro a alta temperatura para eliminar casi todas las partículas extrañas.
Nanotubos de paredes múltiples antes del tratamiento con un proceso de la Universidad de Rice / Universidad de Swansea para eliminar los residuos de catalizador de sus superficies y del interior. El proceso comienza con el calentamiento de los nanotubos en un horno microondas de cocina estándar. Crédito:Virginia Goméz Jiménez / Swansea University
El proceso fue revelado hoy en la revista Royal Society of Chemistry. Avances RSC .
Los laboratorios de los químicos Robert Hauge, Andrew Barron y Charles Dunnill dirigieron el estudio. Barron es profesor en Rice en Houston y en la Universidad de Swansea en el Reino Unido. Rice's Hauge es pionera en técnicas de crecimiento de nanotubos. Dunnill es profesor titular en el Energy Safety Research Institute de Swansea.
Hay muchas formas de purificar nanotubos, pero a un costo Dijo Barron. "El método del cloro desarrollado por Hauge tiene la ventaja de no dañar los nanotubos, a diferencia de otros métodos, ", dijo." Desafortunadamente, muchas de las partículas residuales del catalizador están rodeadas por una capa de carbono que evita que el cloro reaccione, y este es un problema para la fabricación de nanotubos de carbono de alta pureza ".
Un nanotubo de carbono de paredes múltiples limpiado con un proceso desarrollado en la Universidad de Rice y la Universidad de Swansea muestra que los residuos de catalizador de hierro se han eliminado de la superficie. mientras que la mayoría de las partículas se han eliminado del interior de las paredes del nanotubo. Se espera que el proceso haga que los nanotubos sean más adecuados para aplicaciones como la administración de fármacos y los paneles solares. Crédito:Virginia Goméz Jiménez / Swansea University
Los investigadores recopilaron imágenes de microscopio y datos de espectroscopía en lotes de nanotubos de pared simple y multipared antes y después de calentarlos en el microondas en un 1, Horno de 000 vatios, y nuevamente después de bañarlos en un baño oxidante de cloro gaseoso a alta presión y calor. Descubrieron que una vez que las partículas de hierro estaban expuestas al microondas, era mucho más fácil hacer que reaccionaran con el cloro. A continuación, se eliminó el cloruro de hierro volátil resultante.
La eliminación de partículas de hierro alojadas dentro de grandes nanotubos de paredes múltiples resultó ser más difícil, pero las imágenes del microscopio electrónico de transmisión mostraron su número, especialmente en tubos de pared simple, estar muy disminuido.
"Nos gustaría quitar todo el hierro, pero para muchas aplicaciones, Los residuos dentro de estos tubos son un problema menor que si estuvieran en la superficie, "Dijo Barron." La presencia de catalizador residual en la superficie de los nanotubos de carbono puede limitar su uso en aplicaciones biológicas o médicas ".
Los coautores del estudio son Virginia Gomez, asistente de investigación postdoctoral en Swansea; Silvia Irusta, profesor de la Universidad de Zaragoza, España; y Wade Adams, miembro de la facultad senior en ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice.
Hauge es un distinguido miembro de la facultad de química y ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice. Barron es profesor de química Charles W. Duncan Jr.-Welch y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice y la cátedra Sêr Cymru de energía baja en carbono y medio ambiente en Swansea.
