Las nanoestructuras hechas de carbono son extremadamente versátiles. Pueden absorber iones en baterías y supercondensadores, almacenar gases y desalinizar agua. Qué tan bien se enfrenten a la tarea en cuestión depende en gran medida de las características estructurales de los nanoporos. Un nuevo estudio del HZB ha demostrado ahora que los cambios estructurales que ocurren debido a la transición de la morfología con el aumento de la temperatura de la síntesis también se pueden medir directamente. utilizando dispersión de rayos X de ángulo pequeño. Los resultados ya se han publicado en la revista. Carbón .

Los carbonos nanoporosos optimizados pueden servir como electrodos para el transporte rápido de electrones e iones o mejorar el rendimiento de los dispositivos de conversión y almacenamiento de energía. Por lo tanto, la sintonía del tamaño, forma, y la distribución de los poros es muy necesaria. El equipo del Instituto HZB de Materias Blandas y Materiales Funcionales colaboró ​​con un grupo de la Universidad de Tartu, Estonia, para indagar en la nanoarquitectura, superficie interior, Talla, forma y distribución de nanoporos dependiendo de las condiciones de síntesis.

Los colegas de Estonia produjeron una serie de carbonos nanoporosos haciendo reaccionar un polvo de carburo de molibdeno (Mo ₂ C) con cloro gaseoso a 600, 700, 800, 900, y 1000 grados Celsius. Dependiendo de las condiciones de síntesis elegidas, el carbono nanoporoso exhibe diferentes propiedades tales como área de superficie, porosidad, conductividad electrónica e iónica, hidrofilia y actividad electrocatalítica.

Las estructuras de la superficie se analizaron mediante microscopía electrónica de transmisión en el HZB. El área de la superficie interior de los materiales nanocarbonados generalmente se investiga por adsorción de gas. Sin embargo, este método no solo es comparativamente inexacto, tampoco contiene información sobre la forma y el tamaño de los poros. Para obtener conocimientos más profundos, La Dra. Eneli Härk y sus colegas de HZB trabajaron con la dispersión de rayos X de ángulo pequeño, técnica que permite obtener información sobre diversas características estructurales a escala nanométrica, incluido el tamaño medio de los poros.

La dispersión de rayos X de ángulo pequeño no solo proporciona información sobre el área de la superficie interior precisa y el tamaño medio de los poros, pero también en su angularidad, es decir., bordes afilados de poros formados, que juegan un papel importante para la funcionalización de los materiales. "El análisis SAXS resume una enorme cantidad de microporos omitiendo suposiciones engañosas, relacionando así directamente la arquitectura nanoestructural del material con los parámetros técnicos macroscópicos que se están investigando en ingeniería, "Explica Härk.

El objetivo principal era comprender la formación estructural, y características electroquímicas del carbono en función de la temperatura de síntesis. "Para un funcionamiento óptimo, no solo la gran superficie interior es crucial, pero los poros deben tener exactamente la forma correcta, tamaño y distribución, "dice Härk.