Un grupo internacional de investigadores ha organizado nanohojas 2D de nitruro de boro, el "grafeno blanco", en membranas con un nivel significativo de conductividad y estabilidad química y térmica hasta 90 ° C.

Lograr una tasa mejorada de flujo de iones a través de canales y membranas porosas es importante para una variedad de aplicaciones, como el almacenamiento de energía y la desalinización de agua, pero es un desafío.

La colaboración de investigadores de la Universidad de Deakin y ANSTO en Australia, la Sorbona en Francia y la Universidad Drexel en los EE. UU., acaba de publicar el estudio en The Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Las nanohojas de nitruro de boro suelen ser hidrófilas y el equipo utilizó un conocimiento de las interacciones de las nanohojas en solución durante un proceso de filtración para permitir que las nanohojas se autoensamblen en la estructura especial en solución acuosa.

El científico de instrumentos de ANSTO, Chris Garvey, y Guang Wang, ganadores del premio AINSE de investigación de posgrado de la Universidad de Deakin, utilizó dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en el Sincrotrón de Australia como herramienta estructural para sondear el material y caracterizar los canales de nanofluidos en una membrana de nitruro de boro seca y completamente hidratada.

"La interacción de las nanopartículas en solución permitió que las nanohojas se autoensamblaran en material con una estructura interesante como una película delgada con conductividad mejorada, "explicó Garvey.

"A medida que elimina el agua durante el proceso de fabricación / filtración, las partículas se acercan y las interacciones entre las partículas se vuelven importantes en el proceso de autoensamblaje y la estructura final, "dijo Garvey.

Las nanohojas de nitruro de boro se apilaron de manera bien alineada y formaron una estructura de membrana laminar.

Miles de canales iónicos en forma de rendijas paralelas se formaron en una orientación particular en la membrana que actuaba como un conducto nanofluídico.

"A diferencia de un microscopio electrónico, con SAXS puede mirar dentro de un material y ver cómo está ensamblado, podemos ver lo que sucede cuando pones agua y sal en un compartimento de tamaño nanométrico, "dijo Garvey.

Las mediciones en el sincrotrón australiano en la línea de luz SAXS les permitieron determinar el espaciado promedio entre las capas.

"El haz de rayos X, que tiene aproximadamente 200-300 micrones de diámetro, es adecuado para analizar muchas nanocapas, dar una perspectiva estadística sobre la estructura, "dijo Garvey.

Las mediciones de SAXS perpendiculares a la viga indicaron una falta de orden estructural a lo largo de la dirección lateral de la membrana, que también se había informado para nanohojas de óxido de grafeno.

La perspectiva estructural general sugirió que los iones estaban siendo excluidos de los espacios internos de los canales en la membrana.

La medición paralela a la membrana de nitruro de boro les permitió determinar que las moléculas de agua y los iones permanecían en los canales intracapa.

La forma en que los iones pasan a través de los canales fluídicos a nanoescala es significativamente diferente de la forma en que los iones pasan a través de la masa.

Los autores concluyeron que se encontró que una carga superficial negativa en la interfaz entre la pared del canal y el electrolito juega un papel importante en el transporte de iones.

Garvey dijo que la física de los procesos de filtración no se entendía bien, con una mayor comprensión que tiene relevancia para muchas aplicaciones, como el ensamblaje de estos materiales, sino también la forma en que se comportan los suelos arcillosos.

Las membranas de nitruro de boro podrían ser un reemplazo atractivo y prometedor para los nanomateriales 2D actuales sujetos a duras condiciones.