Cosa c'è di comune tra una tecnologia per immagazzinare energia in una cella solare e quella per la purificazione dell'acqua? Entrambi si basano sull'uso di materiali porosi, o più precisamente, materiali "nanoporosi" in grado di intrappolare le molecole di gas all'interno di spazi ristretti sulla loro superficie, chiamati pori, che sono solo nanometri (un miliardesimo di metro) di dimensione. Nel linguaggio della chimica, il fenomeno è noto come adsorbimento e ha svolto un ruolo importante nella sintesi di materiali porosi di diversa composizione, dimensioni dei pori, e persino geometrie dei pori.

Tradizionalmente, carbone attivo (AC, o una forma porosa di carbonio) è stato un adsorbente popolare per applicazioni pratiche grazie alla sua maggiore capacità di assorbimento rispetto a quella di altri materiali porosi. Ultimamente, però, il nitruro di boro poroso (p-BN) è emerso come un'alternativa promettente grazie alle sue prestazioni impressionanti, come evidenziato da un recente studio che sostiene che il p-BN può adsorbire una quantità relativamente grande di anidride carbonica a temperatura ambiente.

Ora, un gruppo di scienziati dell'Università di Okayama e dell'Università di Nagasaki, Giappone, ha messo alla prova questa affermazione nel loro ultimo studio, dove hanno esaminato in dettaglio le caratteristiche di adsorbimento di p-BN. "Un'unità BN e due atomi di carbonio (cioè, CC) hanno entrambi lo stesso numero di elettroni e strutture simili, ma la loro interazione con le molecole di gas è diversa a causa della natura atomicamente eterogenea del BN. Nonostante questo, c'è stata pochissima ricerca sui materiali BN. Nel nostro studio, volevamo vedere se il BN ha proprietà di adsorbimento specifiche che non possono essere osservate nei materiali di carbonio, " spiega il dottor Takahiro Ohkubo dell'Università di Okayama, che ha condotto questo studio pubblicato sulla rivista I progressi di RSC .

Iniziare con, gli scienziati hanno sintetizzato campioni di p-BN in condizioni di alta temperatura in presenza di azoto e hanno studiato la loro struttura utilizzando la diffrazione dei raggi X, analisi degli spettri infrarossi (IR), e microscopia elettronica ad alta risoluzione. I campioni differivano tra loro solo per quanto riguarda le temperature a cui sono stati sintetizzati. Mentre i dati di diffrazione dei raggi X e IR hanno rivelato una fase amorfa (manca di una struttura ben definita) BN comprendente microcristalli di fase esagonale BN (h-BN) per tutti i campioni, quello trattato a 1673 K (1400°C), chiamato p-BN-1673, ha mostrato la struttura più ordinata. Dopo averlo esaminato al microscopio elettronico, gli scienziati hanno scoperto che questo campione era composto da strati sovrapposti di fogli curvi con pori di dimensioni nanometriche formati in mezzo.

Gli scienziati hanno quindi esaminato le curve termogravimetriche dei campioni per stimare la loro stabilità all'ossidazione e hanno scoperto che era direttamente collegata alla temperatura di sintesi, con temperature più elevate che comportano una maggiore stabilità. Inoltre, alcune specie aggiuntive di carbonio e ossigeno sono state introdotte nella struttura cristallina di h-BN, specialmente in p-BN-1473, dando luogo a siti chimicamente attivi per l'assorbimento di azoto. Mentre queste specie normalmente riducono la stabilità all'ossidazione, la cristallinità di h-BN ha contribuito a preservarlo fino a 973 K in condizioni normali, una proprietà non presente negli adsorbenti a base di carbonio.

Finalmente, confrontando la capacità di assorbimento del gas di p-BN e AC con azoto e argon come adsorbati, gli scienziati hanno osservato che i pori del p-BN assorbono l'azoto più fortemente dell'argon e in quantità relativamente molto maggiori (~ 150%-200%) rispetto a AC. Hanno attribuito questa osservazione a un'ulteriore interazione fisica tra azoto e pori p-BN che era assente per l'argon, e la creazione di siti di adsorbimento in p-BN da parte delle specie di carbonio e ossigeno impregnati.

Con questi risultati, il Dr. Ohkubo e il team sono fiduciosi sull'emergere di p-BN come materiale adsorbente di prossima generazione. "Data la sua superiore stabilità all'ossidazione e la natura dell'adsorbimento, attendiamo con impazienza le applicazioni del BN poroso come nuovo materiale di supporto adsorbente e catalizzatore, soprattutto nei casi in cui l'uso di adsorbenti al carbonio non è fattibile, " commenta il dottor Ohkubo.

Sembra che il carbonio stia per passare di moda su un altro fronte.