سنتز کربن فوقخلخل با سطح ۴۸۰۰ متر مربع در گرم؛ رکورد جدید در ذخیره انرژی و جذب CO₂
سنتز کربن فوقخلخل با سطح ۴۸۰۰ متر مربع در گرم؛ رکورد جدید در ذخیره انرژی و جذب CO₂, دانشمندان سالها از واکنشهای هایپرگولیک برای تأمین سوخت موشکها و کاوشگرهای فضایی بهره میبردهاند. این واکنشها میان یک سوخت و یک اکسیدکننده — مانند هیدرازین و تتراإکساید نیتروژن — با شدت بسیار بالا رخ میدهند و نیروی محرکه قوی تولید میکنند.
نیكولاس چالمپس، محقق فوقدکتری دانشگاه کرنل، این مکانیزم را به منظور سنتز مواد کربنی نوین به کار گرفت.
چالمپس توضیح میدهد هدف مهار و کنترل واکنشهای هایپرگولیک ناشناخته برای تولید نانوساختارهای کربنی با تخلخل بالا بود. با بهینهسازی پارامترها، به سطحی شگفتانگیز دست یافتیم. تا پیش از این، این واکنشها تنها در سیستمهای موشکی، هیدروولیکی و کاوشهای فضای عمیق کاربرد داشتند.
رکورد جهانی سطح مخصوص یک زمین فوتبال در یک قاشق چایخوری تیم تحقیقاتی با همکاری گروههای دیگر، موادی را سنتز کرد که سطح مخصوص ۴۸۰۰ متر مربع در هر گرم دارند.
معماری مولکولی منحصر به فرد غلبه حلقههای پنج عضوی کلید این عملکرد فوقالعاده، تشکیل لولههای کربنی با غلظت بالا از حلقههای مولکولی پنج اتمی کربن به جای حلقههای شش عضوی رایج است. این ویژگی زوایای پیوند را تغییر داده و پایداری ساختاری لولهها را به شدت افزایش میدهد. در فرآیند سنتز، لولههای کربنی بر روی یک قالب خودسازماندهی شده و ساختار سهبعدی را شکل میدهند.
اده در تنها دو دقیقه ۹۹ درصد از ظرفیت خود را اشباع میکند — نرخی که تقریباً دو برابر کارایی کربنهای فعال تجاری است.
همچنین ظرفیت ذخیرهسازی انرژی آن چهار برابر نمونههای موجود در بازار برآورد شده و چگالی انرژی حجمی ۶۰ واتساعت بر لیتر گزارش شده است. چالمپس نتیجه میگیرد این رویکرد یک استراتژی جایگزین برای طراحی و سنتز مواد مبتنی بر کربن با کارایی فضایی بالا ارائه میدهد که میتواند در کاربردهای ذخیره انرژی، جذب گازهای گلخانهای و سیستمهای پیشرفته الکتروشیمیایی نقشی محوری ایفا کند.