Nanopartículas de carbono ocas são fortes, conduz bem a eletricidade e tem uma área de superfície notavelmente grande. Eles são promissores em aplicações como filtração de água, armazenamento de hidrogênio e eletrodos de bateria, mas o uso comercial exigiria confiável, formas de baixo custo para sua produção.

Xu Li, do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais de Cingapura, e colegas de trabalho desenvolveram uma técnica de fabricação simples que oferece controle preciso sobre o tamanho e a forma das nanoesferas ocas de carbono.

Um método atual para preparar essas partículas envolve o revestimento de um molde rígido, como nanopartículas de sílica, com um material à base de carbono que pode ser fundido em uma casca usando calor extremo. Este é um processo trabalhoso, e remover o molde requer produtos químicos agressivos. O aquecimento de nanoesferas ocas de poliestireno atinge resultados semelhantes, mas oferece um controle insuficiente sobre o tamanho e a forma das nanopartículas de carbono resultantes.

Li e colegas de trabalho combinaram um copolímero em bloco chamado F127, consistindo em poli (óxido de etileno) e poli (óxido de propileno), com mol�ulas de? -ciclodextrina em forma de donut em �ua. Depois de aquecer a mistura a 200 ° C, as moléculas se auto-montaram em nanopartículas ocas com um rendimento de 97,5%.

As partes de poli (óxido de propileno) repelentes de água do polímero grudaram-se para formar esferas ocas, deixando moléculas de poli (óxido de etileno) penduradas do lado de fora. Os anéis de? -Ciclodextrina, então, enroscados nesses fios, empacotando ao redor da parte externa da esfera para formar uma concha estável. O uso de uma proporção maior de F127 na mistura produziu nanoesferas maiores, variando de 200 a 400 nanômetros de diâmetro. O aquecimento dessas partículas a 900 ° C em gases inertes queimou o polímero para fazer nanopartículas de carbono ocas.

As menores nanoesferas tinham 122 nanômetros de diâmetro e paredes de 14 nanômetros de espessura pontilhadas com minúsculos poros de aproximadamente 1 nanômetro de largura. Cada grama deste material tinha uma área superficial de 317,5 metros quadrados, que é maior do que uma quadra de tênis.

Os pesquisadores usaram uma pasta de partículas para revestir uma folha de cobre e testaram como o ânodo em uma bateria de íon de lítio. Eles descobriram que as partículas tinham uma capacidade de carga reversível de 462 miliamperes-hora por grama - superior à do grafite, um anodo típico - e pode ser recarregado pelo menos 75 vezes sem perda significativa de desempenho. Os poros aparentemente permitem que os íons de lítio migrem para as superfícies internas das esferas. "Mudar a porosidade pode melhorar o processo de transporte para melhor desempenho, "sugere Li. A equipe agora planeja incorporar materiais de metal e óxido de metal nas nanoesferas ocas de carbono para aumentar ainda mais suas propriedades.