Introducción a los nanomateriales de carbono

Durante mucho tiempo, la gente solo sabe que hay tres alótropos de carbono: diamante, grafito y carbono amorfo. Sin embargo, en las últimas tres décadas, desde los fullerenos de dimensión cero, nanotubos de carbono unidimensionales, hasta el grafeno bidimensional, se han descubierto continuamente nuevos nanomateriales de carbono que siguen atrayendo la atención del mundo. Los nanomateriales de carbono se pueden clasificar en tres categorías de acuerdo con el grado de restricción a nanoescala de sus dimensiones espaciales: nanomateriales de carbono de dimensión cero, unidimensionales y bidimensionales.
Los nanomateriales de dimensión 0 se refieren a materiales que se encuentran en la escala nanométrica en el espacio tridimensional, como las nanopartículas, los cúmulos atómicos y los puntos cuánticos. Suelen estar compuestos por una pequeña cantidad de átomos y moléculas. Hay muchos nanomateriales de carbono de dimensión cero, como el negro de carbón, el nano-diamante, el nano-fullereno C60, las partículas de nano-metal recubiertas de carbono.

Carbon nanomaterial

Tan pronto como se descubrió el C60, los químicos comenzaron a explorar la posibilidad de su aplicación al catalizador. En la actualidad, los fullerenos y sus derivados en el campo de los materiales catalíticos incluyen principalmente los siguientes tres aspectos:

(1) fullerenos directamente como catalizador;

(2) fullerenos y sus derivados como catalizador homogéneo;

(3) Aplicación de fullerenos y sus derivados en catalizadores heterogéneos.
Las nanopartículas de metal recubiertas de carbono son un nuevo tipo de compuesto nanocarbón-metal de dimensión cero. Debido a la limitación de la cubierta de carbono y al efecto protector, las partículas metálicas se pueden confinar en un espacio pequeño y las nanopartículas metálicas recubiertas en ellas pueden existir de manera estable bajo la influencia del entorno externo. Este nuevo tipo de nanomateriales de carbono-metal de dimensión cero tiene propiedades optoelectrónicas únicas y tiene una amplia gama de aplicaciones en materiales médicos, de grabación magnética, materiales de blindaje electromagnético, materiales de electrodos de baterías de litio y materiales catalíticos.
Los nanomateriales de carbono unidimensionales significan que los electrones se mueven libremente en una sola dirección no a nanoescala y el movimiento es lineal. Los representantes típicos de los materiales de carbono unidimensionales son los nanotubos de carbono, las nanofibras de carbono y similares. La diferencia entre los dos puede basarse en el diámetro del material a distinguir, también puede basarse en el grado de grafitización del material a definir. Según el diámetro del material significa que: el diámetro D por debajo de 50 nm, la estructura hueca interna generalmente se conoce como nanotubos de carbono, y el diámetro en el rango de 50-200 nm, principalmente por la hoja de grafito multicapa rizada, con las estructuras huecas no obvias a menudo se denominan nanofibras de carbono.

Según el grado de grafitización del material, la definición se refiere a que la grafitización es mejor, la orientación de la hoja de grafito orientada paralela al eje del tubo se llama nanotubos de carbono, mientras que el grado de grafitización es bajo o sin estructura de grafitización, La disposición de las láminas de grafito está desorganizado, el material con estructura hueca en el medio e incluso los nanotubos de carbono de paredes múltiples están todos divididos en nanofibras de carbono. Por supuesto, la distinción entre nanotubos de carbono y nanofibras de carbono no es obvia en varios documentos.

En nuestra opinión, independientemente del grado de grafitización de los nanomateriales de carbono, distinguimos entre nanotubos de carbono y nanofibras de carbono en función de la presencia o ausencia de una estructura hueca. Es decir, los nanomateriales de carbono unidimensionales que definen una estructura hueca son nanotubos de carbono que no tienen estructura hueca O la estructura hueca no es obvia nanomateriales de carbono unidimensionales nanofibras de carbono.
Nanomateriales de carbono bidimensionales: el grafeno es un representante de los nanomateriales de carbono bidimensionales. Los materiales funcionales bidimensionales representados por el grafeno han estado muy calientes en los últimos años. Este material estelar muestra asombrosas propiedades únicas en mecánica, electricidad, calor y magnetismo. Estructuralmente, el grafeno es la unidad básica que forma otros materiales de carbono: se deforma en fullerenos de dimensión cero, se riza en nanotubos de carbono unidimensionales y se apila en grafito tridimensional.
En resumen, los nanomateriales de carbono siempre han sido un tema candente en la investigación en nanociencia y tecnología y han logrado importantes avances en la investigación. Debido a su estructura única y sus excelentes propiedades físicas y químicas, los nanomateriales de carbono se utilizan ampliamente en materiales de baterías de iones de litio, materiales optoelectrónicos, portadores de catalizadores, sensores químicos y biológicos, materiales de almacenamiento de hidrógeno y materiales de supercondensadores y otros aspectos de interés.

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Hora de publicación: Jul-13-2020