En la cruzada por obtener sistemas para generar y almacenar energía de manera más sostenible, los nanotubos de carbono se presentan como una alternativa verde para llevar cabo reacciones electrocatalíticas en pilas de combustible. Manipulando meticulosamente estas nanoestructuras, los químicos consiguen mejorar sus propiedades catalíticas. Una de las técnicas más empleadas para conseguir esta mejora consiste en insertar átomos de nitrógeno en nanotubos de carbono. Pero este enfoque, conocido como dopaje sustitutivo, también provoca defectos en la estructura de los nanotubos e impide optimizar su diseño.
Ahora, un equipo de investigadores del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) e IMDEA Nanociencia acaba de presentar una estrategia alternativa al dopaje tradicional, utilizando macrociclos ricos en nitrógeno para encapsular los nanotubos de carbono. Se trata de un novedoso mecanismo que evita los defectos previos en la estructura y mejora el desempeño de la Reacción Reductora de Oxígeno (ORR), un proceso catalítico clave en este tipo de dispositivos electroquímicos. El grupo liderado por Emilio M. Pérez en IMDEA Nanociencia estuvo encargado de diseñar diferentes moléculas cíclicas ricas en nitrógeno y de producir nanotubos de carbono mecánicamente entrelazados (MINTs) con los distintos grupos funcionales. Más tarde, el estudio electrocatalítico llevado a cabo por el grupo de María Giménez en el CiQUS permitió demostrar que "una mayor interacción entre el macrociclo y el nanotubo de carbono mejora el proceso de transferencia de carga electroquímico, y con ello la actividad y estabilidad, así como el papel de los diferentes grupos funcionales en el rendimiento" explica la Investigadora Principal del CiQUS.
La colaboración entre grupos con diferentes disciplinas ha sido clave para poder llevar a cabo este estudio, recién publicado en Chemical Sciencel). Según sus autores, comprender el rendimiento electrocatalítico de los nanotubos de carbono a nivel molecular permitirá el diseño optimizado de catalizadores más activos y estables.
Imagen: Mechanical Interlocking of SWNTs with N-rich Macrocycles for Efficient ORR Electrocatalysis | Chemical Science
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
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