Una fibra de carbono cubierta con un bosque puntiagudo de nanocables de NiCoHC. Crédito:Licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, 2018 KAUST
Al combinar varios nanomateriales en una sola estructura, los científicos pueden crear materiales híbridos que incorporen las mejores propiedades de cada componente y superen a cualquier sustancia individual. En KAUST se ha desarrollado ahora un método controlado para fabricar nanoestructuras huecas de triple capa. Las estructuras híbridas consisten en un núcleo orgánico conductor intercalado entre capas de metales electrocatalíticamente activos:sus usos potenciales van desde mejores electrodos de batería hasta la producción de combustible renovable.
Aunque existen varios métodos para crear materiales de dos capas, hacer estructuras de tres capas ha demostrado ser mucho más difícil, dice Peng Wang del Centro de Reutilización y Desalinización de Agua, quien codirigió la investigación actual con el profesor Yu Han, miembro del Centro de Membranas Avanzadas y Materiales Porosos de KAUST. Los investigadores desarrollaron un nuevo enfoque de plantilla dual, explica Sifei Zhuo, miembro postdoctoral del equipo de Wang.
Los investigadores cultivaron su nanomaterial híbrido directamente en papel carbón, una estera de fibras de carbón eléctricamente conductoras. Primero produjeron un bosque erizado de nanocables de níquel cobalto hidroxil carbonato (NiCoHC) en la superficie de cada fibra de carbono (imagen 1). Cada pequeña cerda inorgánica se cubrió con una capa orgánica llamada grafidina sustituida con hidrógeno (HsGDY) (imagen 2).
El siguiente paso fue el paso clave de la plantilla dual. Cuando el equipo agregó una mezcla química que reacciona con el NiCoHC interno, el HsGDY actuó como una barrera parcial. Algunos iones de níquel y cobalto de la capa interna se difundieron hacia afuera, donde reaccionaron con tiomolibdato de la solución circundante para formar el níquel exterior-, MoS co-dopado con cobalto 2 (Ni, Co-MoS 2 ) capa. Mientras tanto, algunos iones de azufre de los productos químicos añadidos se difundieron hacia el interior para reaccionar con el níquel y el cobalto restantes. La sustancia resultante (imagen 3) tenía la estructura Co 9 S 8 , Ni 3 S 2 @ HsGDY @ Ni, Co-MoS 2 , en el que la capa conductora de HsGDY orgánica se intercala entre dos capas inorgánicas (imagen 4).
Los primeros planos de los nanocables confirman que han sido recubiertos con una fina capa orgánica. Crédito:Licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, 2018 KAUST
El material de triple capa mostró un buen rendimiento para romper electrocatalíticamente moléculas de agua para generar hidrógeno, un combustible renovable potencial. Los investigadores también crearon otros materiales de triple capa utilizando el enfoque de plantilla dual.
"Estas nanoestructuras de triple capa tienen un gran potencial en la conversión y el almacenamiento de energía, ", dice Zhuo." Creemos que podría extenderse para servir como un electrodo prometedor en muchas aplicaciones electroquímicas, como en supercondensadores y baterías de iones de sodio / litio, y para uso en desalinización de agua ".
Los nanocables de triple capa completados. Crédito:Licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, 2018 KAUST
El mapeo elemental confirmó azufre (amarillo), níquel (verde) cobalto (rojo) y molibdeno (azul) formaron las capas interna y externa, intercalando una capa orgánica rica en carbono (rosa). Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah
