Le nanostrutture in carbonio sono estremamente versatili. Possono assorbire ioni in batterie e supercondensatori, immagazzinare gas e desalinizzare l'acqua. La capacità di affrontare il compito da svolgere dipende in gran parte dalle caratteristiche strutturali dei nanopori. Un nuovo studio dell'HZB ha ora dimostrato che i cambiamenti strutturali che si verificano a causa della transizione morfologica con l'aumento della temperatura della sintesi possono anche essere misurati direttamente, utilizzando lo scattering di raggi X a piccolo angolo. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista Carbonio .

I carboni nanoporosi ottimizzati possono fungere da elettrodi per il trasporto rapido di elettroni e ioni o migliorare le prestazioni dei dispositivi di accumulo e conversione dell'energia. Quindi la sintonizzabilità della dimensione, forma, e la distribuzione dei pori è altamente richiesta. Il team dell'HZB Institute for Soft Matter and Functional Materials ha collaborato con un gruppo dell'Università di Tartu, Estonia, per indagare sulla nanoarchitettura, superficie interna, dimensione, forma e distribuzione dei nanopori in funzione delle condizioni di sintesi.

I colleghi in Estonia hanno prodotto una serie di carboni nanoporosi facendo reagire una polvere di carburo di molibdeno (Mo ₂ C) con cloro gassoso a 600, 700, 800, 900, e 1000 gradi Celsius. A seconda delle condizioni di sintesi scelte, il carbonio nanoporoso mostra proprietà diverse come l'area superficiale, porosità, conducibilità elettronica e ionica, idrofilia e attività elettrocatalitica.

Le strutture superficiali sono state analizzate mediante microscopia elettronica a trasmissione presso l'HZB. L'area superficiale interna dei materiali in nanocarbonio viene solitamente studiata mediante adsorbimento di gas. Però, questo metodo non è solo relativamente impreciso, inoltre non contiene informazioni sulla forma e la dimensione dei pori. Per approfondimenti, La dott.ssa Eneli Härk e i suoi colleghi di HZB hanno lavorato con la diffusione di raggi X a piccolo angolo, una tecnica che consente di ottenere informazioni su varie caratteristiche strutturali su scala nanometrica inclusa la dimensione media dei pori.

La diffusione dei raggi X a piccolo angolo non fornisce solo informazioni sulla precisa superficie interna e sulla dimensione media dei pori, ma anche sulla loro spigolosità, cioè., spigoli vivi dei pori formati, che giocano un ruolo importante per la funzionalizzazione dei materiali. "L'analisi SAXS riassume un'enorme quantità di micropori omettendo ipotesi fuorvianti, mettendo così direttamente in relazione l'architettura nanostrutturale del materiale con i parametri tecnici macroscopici oggetto di indagine in ingegneria, " spiega Hark.

L'obiettivo principale era quello di comprendere la formazione strutturale, e caratteristiche elettrochimiche del carbonio in funzione della temperatura di sintesi. "Per un funzionamento ottimale, non solo l'elevata superficie interna è cruciale, ma i pori dovrebbero avere esattamente la forma giusta, dimensione e distribuzione, " dice Hark.