Síntesis de xerogeles de carbono inducida por microondas. Diseño de materiales porosos a la carta

Abstract

Una de las principales ventajas de los xerogeles de carbono es la posibilidad de diseñar sus propiedades a medida de la aplicación donde se quieran utilizar. Esto les otorga un gran potencial comercial, por el cual, en los últimos años, se han hecho grandes esfuerzos para lograr realizar la síntesis mediante la aplicación de la tecnología microondas como método de calentamiento. La síntesis de xerogeles de carbono inducida por microondas es un método muy novedoso y, por tanto, requiere ser investigada en profundidad. En la presente Tesis Doctoral se han estudiado las principales variables del proceso de síntesis inducida por microondas (tiempo, temperatura y volumen de mezcla) con el objetivo de determinar las condiciones óptimas de operación que permiten obtener xerogeles de carbono porosos. También se ha abordado la posibilidad de diseñar a la carta las propiedades de estos materiales. Esto se ha conseguido mediante el planteamiento de dos estrategias: i) variando de forma simultánea la concentración de todos los reactivos (resorcinol, formaldehído, agua y catalizador) y, ii) introduciendo agentes aditivos en las mezclas precursoras. Con el objeto de dilucidar los diferentes efectos sinérgicos que se producen entre todos los reactivos, se sintetizaron y caracterizaron más de doscientos xerogeles de carbono. Los resultados obtenidos se trataron mediante técnicas estadísticas que permitieron evaluar la interdependencia entre los reactivos y optimizar el proceso de síntesis. La variación simultánea de la concentración de los reactivos ha repercutido positivamente en el control de la formación de la estructura polimérica, ya que ha permitido obtener materiales con unas propiedades porosas que no pueden obtenerse modificando la concentración de cada reactivo por separado. Los xerogeles de carbono obtenidos se han utilizado como material de electrodo en baterías de ion-litio con el propósito de determinar el efecto de sus propiedades porosas sobre la capacidad electroquímica de estos dispositivos. Por otro lado, se ha apostado por la utilización de los xerogeles orgánicos como material aislante. El empleo de estos materiales presenta una gran ventaja comercial ya que se elimina la etapa de carbonización y, por tanto, se disminuyen los costes de producción. Por último, se ha planteado la posibilidad de sustituir uno de los reactivos principales, el resorcinol, por un compuesto más respetuoso con el medio ambiente.