Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tsinghua han presentado un electrodo de membrana modelo de próxima generación que promete revolucionar la investigación electroquímica fundamental. Este electrodo innovador, fabricado a través de un proceso meticuloso, muestra una matriz ordenada de nanotubos de carbono gigantes huecos (gCNT) dentro de una membrana nanoporosa, lo que abre nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y los estudios electroquímicos.
El avance clave radica en la construcción de este novedoso electrodo. Los investigadores desarrollaron una técnica de recubrimiento de carbono uniforme sobre óxido de aluminio anódico (AAO) formado sobre un sustrato de aluminio, con la capa de barrera eliminada. La capa recubierta de carbono conforme resultante exhibe gCNT alineados verticalmente con nanoporos que van desde 10 a 200 nm de diámetro y de 2 μm a 90 μm de longitud, que cubren desde pequeñas moléculas de electrolitos hasta grandes materias biorelacionadas, como enzimas y exosomas. A diferencia de los electrodos compuestos tradicionales, este modelo de electrodo autónomo elimina el contacto entre partículas, lo que garantiza una resistencia de contacto mínima, algo esencial para interpretar los comportamientos electroquímicos correspondientes.
«El potencial de este electrodo modelo es inmenso», afirmó el Dr. Zheng-Ze Pan, uno de los autores correspondientes del estudio. «Al emplear el electrodo de membrana modelo con su amplia gama de dimensiones de nanoporos, podemos obtener una visión profunda de los intrincados procesos electroquímicos que ocurren dentro de los electrodos de carbono poroso, junto con sus correlaciones inherentes a las dimensiones de los nanoporos».
Además, los gCNT están compuestos por láminas de grafeno apiladas de baja cristalinidad, lo que ofrece un acceso sin igual a la conductividad eléctrica dentro de las paredes de carbono de baja cristalinidad. A través de mediciones experimentales y la utilización de un sistema interno de desorción con temperatura programada, los investigadores construyeron un modelo estructural a escala atómica de las paredes de carbono poco cristalino, lo que permitió simulaciones teóricas detalladas. El Dr. Alex Aziz, que llevó a cabo la parte de simulación de esta investigación, señala: «Nuestras simulaciones avanzadas proporcionan una lente única para estimar las transiciones de electrones dentro de los carbonos amorfos, arrojando luz sobre los intrincados mecanismos que gobiernan su comportamiento eléctrico».
Este proyecto fue dirigido por el Prof. Dr. Hirotomo Nishihara, Investigador Principal del Grupo de Dispositivos/Sistemas en el Instituto Avanzado para la Investigación de Materiales (WPI-AIMR). Los hallazgos se detallan en una de las revistas de mayor nivel en ciencia de materiales, «Advanced Functional Materials».
En última instancia, el estudio representa un importante paso adelante en nuestra comprensión de los materiales de carbono poroso de base amorfa y sus aplicaciones en el sondeo de varios sistemas electroquímicos.
