Na carreira por obter sistemas para xerar e almacenar enerxía de maneira máis sostible, os nanotubos de carbono preséntanse como unha alternativa verde para levar cabo reacciones electrocatalíticas en pilas de combustible. Manipulando meticulosamente estas nanoestructuras, os químicos conseguen mellorar as súas propiedades catalíticas. Unha das técnicas máis empregadas para conseguir esta mellora consiste en inserir átomos de nitróxeno en nanotubos de carbono. Pero este enfoque, coñecido como dopaxe sustitutivo, tamén provoca defectos na estrutura dos nanotubos e impide optimizar o seu deseño.
Agora, un equipo de investigadores do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) e IMDEA Nanociencia acaba de presentar unha estratexia alternativa á dopaxe tradicional, utilizando macrociclos ricos en nitróxeno para encapsular os nanotubos de carbono. Trátase dun novo mecanismo que evita os defectos previos na estrutura e mellora o desempeño da Reacción Redutora de Osíxeno (ORR), un proceso catalítico clave neste tipo de dispositivos electroquímicos. O grupo liderado por Emilio M. Pérez en IMDEA Nanociencia estivo encargado de deseñar diferentes moléculas cíclicas ricas en nitróxeno e de producir nanotubos de carbono mecanicamente entrelazados (MINTs) cos distintos grupos funcionais. Máis tarde, o estudo electrocatalítico levado a cabo polo grupo de María Giménez no CiQUS permitiu demostrar que "unha maior interacción entre o macrociclo e o nanotubo de carbono mellora o proceso de transferencia de carga electroquímico, e con iso a actividade e estabilidade, así como o papel dos diferentes grupos funcionais no rendemento" explica a Investigadora Principal do CiQUS.
A colaboración entre grupos con diferentes disciplinas foi clave para poder levar a cabo este traballo, recentemente publicado en Chemical Science. Segundo os autores, comprender o rendemento electrocatalítico dos nanotubos de carbono a nivel molecular permitirá o deseño optimizado de catalizadores máis activos e estables.
Referencia
W. Zhang, M. Guillén-Soler, S. Moreno-Da Silva, A. López-Moreno, M. L. Ruiz-González, M. Giménez and E. M. Perez, Chem. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2SC02346F
Mechanical Interlocking of SWNTs with N-rich Macrocycles for Efficient ORR Electrocatalysis | Chemical Science