Optimización de la preparación de materiales grafénicos a través de las condiciones de procesado y el precursor

Resumen

El grafeno ha suscitado un gran interés en los últimos años debido a sus extraordinarias propiedades. En la actualidad la preparación de materiales grafénicos a partir de grafito (principalmente mediante métodos químicos o por exfoliación con disolventes) es la vía que más fácilmente permite un escalado en la producción y garantiza su explotación industrial. El problema tradicional del bajo rendimiento en óxido de grafeno a partir de la exfoliación en fase líquida del óxido de grafito, mediante ultrasonidos, se resuelve en este trabajo mediante la aplicación de un nuevo método de exfoliación secuencial. Este método consiste en la separación del material exfoliado a intervalos regulares. De este modo se consigue no solo aumentar el rendimiento de exfoliación, si no también mantener el tamaño de la lámina de óxido de grafeno durante todo el proceso, lo que favorece la homogeneidad del producto. La optimización de las propiedades de los materiales grafénicos obtenidos mediante exfoliación/reducción térmica del óxido de grafito se logra mediante el desarrollo de un nuevo método que incluye dos procesos de tratamientos térmicos secuenciales. Un primer tratamiento rápido (pirolisis flash), seguido de un segundo tratamiento a velocidad de calentamiento lenta. El uso de temperaturas más altas en el calentamiento rápido inicial propicia el desarrollo de una elevada área superficial, importante para la aplicación del material en sistemas de almacenamiento de energía. Sin embargo, se ha observado que esta temperatura puede afectar negativamente la estabilidad del material en el electrodo, por lo que se hace necesaria la selección de un valor de compromiso entre ambos aspectos. Para garantizar la disponibilidad del material de partida a bajo coste se propone el uso de materiales pregrafíticos, en concreto coques, como alternativa al grafito. Se estableció que es posible obtener materiales grafénicos de características estándar a partir de coques de diferente origen y propiedades y utilizando distintos métodos de producción, como métodos químicos o exfoliación con disolvente. Este trabajo ha puesto también de manifiesto que propiedades en el coque de partida como el tamaño de la estructura cristalina tienen influencia sobre los rendimientos de exfoliación, en el tipo y distribución de los grupos funcionales oxigenados presentes en los óxidos de grafeno resultantes o el tamaño de lámina.