O que há de comum entre a tecnologia de armazenamento de energia em uma célula solar e a de purificação de água? Ambos contam com o uso de materiais porosos, ou mais especificamente, materiais 'nanoporosos' que podem prender moléculas de gás em espaços estreitos em sua superfície, chamados poros, que têm apenas nanômetros (um bilionésimo de metro) de tamanho. No jargão da química, o fenômeno é conhecido como adsorção e tem desempenhado um papel importante na síntese de materiais porosos de diferentes composições, tamanhos de poros, e até geometrias de poros.

Tradicionalmente, carvão ativado (AC, ou uma forma porosa de carbono) tem sido um adsorvente popular para aplicações práticas devido à sua maior capacidade de adsorção do que a de outros materiais porosos. Recentemente, Contudo, nitreto de boro poroso (p-BN) surgiu como uma alternativa promissora devido ao seu desempenho impressionante, como destacado por um estudo recente que afirma que o p-BN pode adsorver uma quantidade relativamente grande de dióxido de carbono à temperatura ambiente.

Agora, um grupo de cientistas da Universidade de Okayama e da Universidade de Nagasaki, Japão, colocou essa afirmação à prova em seu último estudo, onde examinaram as características de adsorção de p-BN em detalhes. "Uma unidade BN e dois átomos de carbono (isto é, CC) ambos têm o mesmo número de elétrons e estruturas semelhantes, mas sua interação com as moléculas de gás são diferentes devido à natureza atomicamente heterogênea de BN. Apesar disso, tem havido muito pouca pesquisa sobre materiais BN. Em nosso estudo, queríamos ver se BN tem propriedades de adsorção específicas que não podem ser observadas em materiais de carbono, "explica o Dr. Takahiro Ohkubo da Okayama University, que liderou este estudo publicado na revista RSC Advances .

Começar com, os cientistas sintetizaram amostras de p-BN em condições de alta temperatura na presença de nitrogênio e investigaram sua estrutura usando difração de raios-X, análise de espectros infravermelho (IR), e microscopia eletrônica de alta resolução. As amostras diferiram apenas umas das outras no que diz respeito às temperaturas às quais foram sintetizadas. Enquanto os dados de difração de raios-X e IR revelaram uma fase amorfa (sem estrutura bem definida) BN compreendendo microcristais de fase hexagonal BN (h-BN) para todas as amostras, aquele tratado a 1673 K (1400 ° C), chamado p-BN-1673, mostrou a estrutura mais ordenada. Depois de examiná-lo ao microscópio eletrônico, os cientistas descobriram que esta amostra era composta de camadas empilhadas de folhas curvas com poros de tamanho nanométrico formados entre elas.

Em seguida, os cientistas analisaram as curvas termogravimétricas das amostras para estimar sua estabilidade contra a oxidação e descobriram que ela estava diretamente ligada à temperatura de síntese, com temperaturas mais altas implicando em maior estabilidade. Além disso, algumas espécies adicionais de carbono e oxigênio foram introduzidas na estrutura do cristal de h-BN, especialmente em p-BN-1473, dando origem a sítios quimicamente ativos para a adsorção de nitrogênio. Embora essas espécies normalmente reduzam a estabilidade à oxidação, a cristalinidade de h-BN ajudou a preservá-lo até 973 K em condições normais - uma propriedade não presente em adsorventes à base de carbono.

Finalmente, ao comparar a capacidade de adsorção de gás de p-BN e AC com nitrogênio e argônio como adsorbatos, os cientistas observaram que os poros p-BN adsorvem nitrogênio mais fortemente do que o argônio e em quantidade relativamente muito maior (~ 150% -200%) do que o AC. Eles atribuíram essa observação a uma interação física adicional entre os poros de nitrogênio e p-BN que estava ausente para o argônio, e a criação de sítios de adsorção em p-BN pelas espécies impregnadas de carbono e oxigênio.

Com esses resultados, o Dr. Ohkubo e a equipe estão confiantes sobre o surgimento de p-BN como um material adsorvente de próxima geração. "Dada sua estabilidade de oxidação superior e natureza de adsorção, estamos ansiosos para as aplicações de BN poroso como um novo adsorvente e material de suporte de catalisador, especialmente nos casos em que o uso de adsorventes de carbono não é viável, "comenta o Dr. Ohkubo.

Parece que o carbono está prestes a sair de moda em mais uma frente.