Materiales de carbono mesoporosos dopados obtenidos mediante técnicas de nanomoldeo

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo principal desarrollar métodos de síntesis basados en técnicas de nanomoldeo que permitan la obtención de materiales de carbono mesoporosos dopados con heteroátomos. Para ello, se han seguido dos estrategias que difieren en el método utilizado para infiltrar la plantilla: i) depósito químico en fase vapor (CVD) y ii) infiltración en fase líquida. En ambos métodos se han estudiado sistemáticamente las variables de preparación y se han relacionado éstas con la porosidad, estructura y química superficial de los carbones obtenidos. A través de la primera estrategia, se han preparado carbones mesoporosos ordenados (CMOs) dopados con O (hasta el 9% en peso) mediante oxidación con HNO3 o H2O2 de CMOs no dopados preparados por CVD. Se ha demostrado que es posible introducir distintos grupos funcionales oxigenados modificando el tipo de agente oxidante, su concentración o el tiempo de tratamiento, sin alterar ni la textura porosa ni la estructura del CMO de partida. Mediante CVD con acetonitrilo se han preparado CMOs dopados con N (hasta el 9.4% en peso). Las características del carbón resultante dependen fundamentalmente del grado de infiltración de la plantilla. En la segunda estrategia se han utilizado, por primera vez, poliamidas aromáticas como precursores para la obtención de CMOs dopados con N, O y/o P mediante nanomoldeo. Estos precursores han demostrado ser muy versátiles en la preparación de CMOs con diferentes características, ya que el tipo de CMO obtenido, su grado de orden estructural, textura porosa y química superficial (cantidad y naturaleza de grupos funcionales) varían en función de las variables de preparación (tipo de precursor, método de polimerización, condiciones de carbonización). Se han preparado carbones altamente porosos (áreas superficiales y volúmenes de poro hasta 1883 m2/g y 3.01 cm3/g, respectivamente) y contenidos en N, O y P de hasta el 9.6, 10.2 y 5.4% en peso, respectivamente. Finalmente, se ha demostrado el efecto de la química superficial en diferentes aplicaciones de interés como la captura de CO2, la adsorción de colorantes en disolución o la liberación controlada de medicamentos.