Integración supramolecular de polímeros conductores y nanocarbones micro y mesoporosos derivados de la pirólisis de redes metal-orgánicas para aplicaciones de almacenamiento de energía - Mártire, Ana Paula (2024)
Los supercapacitores son dispositivos que almacenan energía usando dos electrodos separados por un electrolito. La capacitancia electroquímica en la doble capa eléctrica aporta a la capacidad del dispositivo, por lo que se busca aplicar nuevos materiales porosos y nanoestructuras en la interfase electrodo-electrolito para mejorar su desempeño. Es posible obtener nanocarbones micro y mesoporosos a partir de la pirólisis de redes metal-orgánicas (MOF). La elevada área superficial de los nanocarbones porosos potencia el almacenamiento de energía en la interfase. Específicamente se estudió al ZIF-8, un MOF basado en Zn2+ y 2-metil-imidazol, que, calcinado en atmósfera de nitrógeno, da lugar a nanocarbones de ZIF-8 (nCsZIF-8). En este trabajo, se modificaron electrodos de oro combinando nCsZIF-8 con polianilina dopada con poliestirenosulfonato de sodio (PANI-PSS). Los nCsZIF-8 se dispersaron en una suspensión coloidal con CTAB para aportar carga positiva, y ambas suspensiones se ensamblaron capa por capa sobre el oro, facilitando la interconectividad eléctrica. Este ensamblado se comparó con otro utilizando nanocarbón de grafito comercial, con menor área superficial, para evaluar el impacto de la porosidad del nCsZIF-8. Los nCsZIF-8 fueron caracterizados por Raman, SEM, adsorción de N2 y XPS. Se estudió el crecimiento de los ensamblados por UV-visible y QCM. Los ensamblados de hasta 11.5 bicapas fueron evaluados electroquímicamente con voltamperometría cíclica y ciclos de carga y descarga. Los resultados fueron comparados con los obtenidos para carbón grafítico de baja superficie específica. El ZIF-8 se sintetizó con éxito y se obtuvieron los nanocarbones micro y mesoporosos buscados. Se construyeron ensamblados sencillos interconectados eléctricamente. Se logró mejorar la capacidad del sistema con el uso de nCsZIF respecto al ensamblado preparado con nanocarbón grafítico.