Introdução aos nanomateriais de carbono

Por muito tempo, as pessoas só sabem que existem três alótropos de carbono: diamante, grafite e carbono amorfo. No entanto, nas últimas três décadas, desde os fulerenos de dimensão zero, nanotubos de carbono unidimensionais, ao grafeno bidimensional tem sido continuamente descoberto, novos nanomateriais de carbono continuam a atrair a atenção do mundo. Os nanomateriais de carbono podem ser classificados em três categorias de acordo com o grau de restrição da nanoescala em suas dimensões espaciais: nanomateriais de carbono de dimensão zero, unidimensional e bidimensional.
Nanomateriais 0-dimensionais referem-se a materiais que estão na escala nanométrica no espaço tridimensional, como nanopartículas, aglomerados atômicos e pontos quânticos. Eles geralmente são compostos de um pequeno número de átomos e moléculas. Existem muitos nanomateriais de carbono de dimensão zero, como o negro de fumo, o nano diamante, o nano fulereno C60 e as partículas de nano metal revestidas com carbono.

Carbon nanomaterial

Assim que o C60 foi descoberto, os químicos começaram a explorar a possibilidade de sua aplicação ao catalisador. Atualmente, os fulerenos e seus derivados no campo dos materiais catalíticos incluem principalmente os seguintes três aspectos:

(1) fulerenos diretamente como catalisador;

(2) fulerenos e seus derivados como um catalisador homogêneo;

(3) Aplicação de Fulerenos e seus Derivados em Catalisadores Heterogêneos.
Partículas de nano-metal revestidas de carbono são um novo tipo de composto de nano-carbono-metal com dimensão zero. Devido à limitação do invólucro de carbono e ao efeito protetor, as partículas de metal podem ser confinadas em um pequeno espaço e as nanopartículas de metal nele revestidas podem existir de forma estável sob a influência do ambiente externo. Este novo tipo de nanomateriais de carbono-metal com dimensão zero tem propriedades optoeletrônicas exclusivas e tem uma ampla gama de aplicações em materiais médicos, de registro magnético, materiais de proteção eletromagnética, materiais de eletrodo de bateria de lítio e materiais catalíticos.
Nanomateriais de carbono unidimensionais significam que os elétrons se movem livremente em apenas uma direção não nanoescala e o movimento é linear. Representantes típicos de materiais de carbono unidimensionais são nanotubos de carbono, nanofibras de carbono e semelhantes. A diferença entre os dois pode ser baseada no diâmetro do material a distinguir, também pode ser baseada no grau de grafitização do material a ser definido. De acordo com o diâmetro do material significa que: o diâmetro D abaixo de 50nm, a estrutura oca interna é geralmente referida como nanotubos de carbono, e o diâmetro na faixa de 50-200nm, principalmente pela folha de grafite multicamada enrolada, com nenhuma estrutura oca óbvia é frequentemente chamada de nanofibras de carbono.

De acordo com o grau de grafitização do material, a definição refere-se à grafitização é melhor, a orientação da folha de grafite orientada paralelamente ao eixo do tubo é chamada de nanotubos de carbono, enquanto o grau de grafitização é baixo ou nenhuma estrutura de grafitização, O arranjo das folhas de grafite é desorganizado, o material com estrutura oca no meio e até mesmo os nanotubos de carbono de paredes múltiplas são todos divididos em nanofibras de carbono. Claro, a distinção entre nanotubos de carbono e nanofibras de carbono não é óbvia em vários documentos.

Em nossa opinião, independentemente do grau de grafitização dos nanomateriais de carbono, distinguimos entre nanotubos de carbono e nanofibras de carbono com base na presença ou ausência de uma estrutura oca. Ou seja, nanomateriais de carbono unidimensionais que definem uma estrutura oca são nanotubos de carbono que não têm nenhuma estrutura oca. Ou a estrutura oca não é nanomateriais de carbono unidimensionais óbvios, nanofibras de carbono.
Nanomateriais de carbono bidimensionais: O grafeno é um representante dos nanomateriais de carbono bidimensionais. Os materiais funcionais bidimensionais representados pelo grafeno têm estado muito quentes nos últimos anos. Este material estelar mostra incríveis propriedades únicas em mecânica, eletricidade, calor e magnetismo. Estruturalmente, o grafeno é a unidade básica que compõe outros materiais de carbono: ele se deforma em fulerenos de dimensão zero, se enrola em nanotubos de carbono unidimensionais e se acumula em grafite tridimensional.
Em resumo, os nanomateriais de carbono sempre foram um tema quente na pesquisa em nanociência e tecnologia e fizeram importantes progressos nas pesquisas. Devido à sua estrutura única e excelentes propriedades físicas e químicas, os nanomateriais de carbono são amplamente utilizados em materiais de bateria de íon-lítio, materiais optoeletrônicos, transportadores de catalisadores, sensores químicos e biológicos, materiais de armazenamento de hidrogênio e materiais de supercapacitores e outros aspectos de interesse.

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Horário da postagem: 13 de julho de 2020