La innovación que utiliza nanoelectrodos modelo revela los límites de la nanoescala
Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tsinghua han presentado un modelo de electrodo de membrana de próxima generación que promete revolucionar la investigación electroquímica básica. Fabricado a través de un proceso preciso, este electrodo innovador muestra una matriz ordenada de nanotubos de carbono huecos gigantes (gCNT) dentro de una membrana nanoporosa, lo que abre nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y los estudios electroquímicos.
El principal avance radica en la construcción de este nuevo polo. Los investigadores desarrollaron una técnica de recubrimiento de carbono uniforme sobre óxido de aluminio anódico (AAO) formado sobre un sustrato de aluminio, con la capa de barrera eliminada. La capa conformacional recubierta de carbono resultante muestra gCNT alineados verticalmente con nanoporos que varían de 10 a 200 nm de diámetro y de 2 μm a 90 μm de longitud, que encapsulan pequeñas partículas de electrolitos para grandes materias biosintéticas, como enzimas y exosomas. A diferencia de los electrodos compuestos convencionales, el modelo de electrodo independiente elimina el contacto entre partículas, lo que garantiza una resistencia de contacto mínima, que es esencial para explicar los comportamientos electroquímicos correspondientes.
«El potencial de este modelo de electrodo es enorme», afirmó el Dr. Zheng-Ze Pan, uno de los autores correspondientes del estudio. «Al usar el modelo de electrodo de membrana con su amplia gama de dimensiones de nanoagujeros, podemos obtener una visión profunda de los complejos procesos electroquímicos que ocurren dentro de los electrodos de carbono poroso, junto con sus correlaciones inherentes con las dimensiones de los nanoagujeros».
Además, los gCNT consisten en láminas de grafeno de baja cristalinidad apiladas, que brindan un acceso sin precedentes a la conductividad eléctrica dentro de las paredes de carbono de baja cristalinidad. A través de mediciones experimentales y utilizando un sistema interno de adsorción con temperatura programada, los investigadores construyeron un modelo estructural a escala atómica de las paredes de carbono poco cristalino, lo que permitió simulaciones teóricas detalladas. El Dr. Alex Aziz, que realizó la parte de simulación de esta investigación, señala: «Nuestras simulaciones avanzadas proporcionan una lente única para estimar las transiciones de electrones dentro del carbono amorfo, arrojando luz sobre los complejos mecanismos que gobiernan su comportamiento eléctrico».
Este proyecto fue dirigido por el Prof. Dr. Hirotomo Nishihara, investigador principal del grupo de Dispositivos/Sistemas del Instituto Avanzado para la Investigación de Materiales (WPI-AIMR). Los resultados se detallan en una de las revistas de mayor rango en ciencia de materiales», Materiales funcionales avanzados.
En última instancia, el estudio representa un importante paso adelante en nuestra comprensión de los materiales de carbono amorfo poroso y sus aplicaciones en la investigación de diferentes sistemas electroquímicos.
- Detalles de la publicación:
Título: Electrodos de nanopelícula con una matriz ordenada de nanotubos de carbono huecos gigantes
Hongyu Liu, Zheng-Ze Pan*, Alex Aziz, Rui Tang, Wei Lv y Hirotomo Nishihara
Revista: Materiales Funcionales Avanzados
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