Las baterías de iones de litio suelen contener carbones grafíticos como materiales anódicos. Los científicos han investigado la nano-red de carbono grafito como una novedosa red de carbono bidimensional por su idoneidad en las aplicaciones de las baterías. El ‘Graphdiyne’ es tan plano y delgado como el grafeno, que es la versión del grafito de una sola capa atómica, pero tiene una mayor porosidad y propiedades electrónicas ajustables. En la revista Angewandte Chemie, los investigadores describen su simple síntesis de abajo hacia arriba a partir de moléculas precursoras hechas a medida.
Los materiales de carbono son los materiales anódicos más comunes en las baterías de iones de litio. Su estructura en capas permite que los iones de litio viajen dentro y fuera de los espacios entre las capas durante el ciclo de la batería, tienen una red cristalina hexagonal altamente conductiva y bidimensional, y forman una red estable y porosa para una penetración eficiente de los electrolitos. Sin embargo, el ajuste fino de las propiedades estructurales y electroquímicas es difícil, ya que estos materiales de carbono se preparan en su mayoría a partir de materia de carbono polimérico en una síntesis de arriba a abajo.
El ‘Graphdiyne‘ es una red bidimensional híbrida formada por anillos de carbono hexagonales unidos por dos unidades de acetileno (El «diyne» en el nombre). Se ha sugerido a la graphdiyne como una membrana de nano-red para la separación de isótopos o helio. Sin embargo, sus propiedades electrónicas distintivas y su estructura similar a una red también hacen que la graphdiyne sea adecuada para aplicaciones electroquímicas.
Changshui Huang de la Chinese Academy of Sciences, Beijing, y sus colegas han investigado las capacidades de almacenamiento de litio y las propiedades electroquímicas de los derivados de la graphdiyne hechos a medida y ajustados electrónicamente.
Los científicos sintetizaron los derivados de la graphdiyne en una estrategia de abajo hacia arriba, añadiendo moléculas precursoras en una lámina de cobre, que se autoorganizaron para formar nanoestructuras ordenadas en capas. Utilizando monómeros que contenían grupos funcionales con interesantes propiedades electrónicas, los autores prepararon graphdiyne funcionales con distintas propiedades electroquímicas y morfológicas.
Entre esos grupos funcionales, los que ejercían efectos de retiro de electrones redujeron la brecha de banda de la graphdiyne y aumentaron su conductividad, informaron los autores. El grupo de la cianofila fue especialmente eficaz y, cuando se utilizó como material anódico, la graphdiyne modificada con cianofila demostró una excelente capacidad para el almacenamiento de litio y fue estable durante miles de ciclos, como informaron los autores.
En cambio, cuando la graphdiyne se modificó con grupos funcionales voluminosos (grupos methyl) que donan electrones a la red de graphdiyne, los autores observaron un mayor espaciamiento de las capas, lo que hizo que la estructura del material fuera inestable, de modo que el ánodo sólo sobrevivió unos pocos ciclos de carga y descarga. Los autores también compararon ambos materiales de la graphdiyne modificada con una versión «vacía» en la que sólo el hidrógeno ocupaba la posición de los grupos funcionales en la red.
Cuando los investigadores modificaron la graphdiyne a grupos funcionales voluminosos, el ánodo sólo sobrevivió unos pocos ciclos de carga y descarga.
Los autores concluyen que la graphdiyne modificada puede prepararse mediante una estrategia de abajo hacia arriba, que también es la más adecuada para construir arquitecturas funcionales bidimensionales de material de carbono para baterías, condensadores y otros dispositivos electrocatalíticos.
Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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