A greener approach for synthesizing metal-decorated carbogels from alginate for emerging technologies

Abstract

En el presente trabajo, se sintetizó una serie de carbogeles decorados con nanopartículas metálicas (M-DC) a partir de microesferas de aerogeles de alginato reticulados con metal (M-CA). Los M-CA contenían iones Ca(II), Ni(II), Cu(II), Pd(II) y Pt(iv) y se convirtieron en M-DC mediante pirólisis en atmósfera de N₂ hasta temperaturas de pirólisis de TP = 600 °C. Se ha descubierto que las propiedades texturales de los M-CA dependen del ion reticulante, lo que produce redes de poros fibrosos con un alto volumen mesoporoso específico y área superficial específica SV (SV ∼ 480–687 m2 g−1) para los M-CA reticulados con cationes duros, Ca(II), Ni(II) y Cu(II), y redes comparativamente laxas con mayor macroporosidad y menor superficie específica (SV ∼ 240–270 m2 g−1) para aerogeles reticulados con Pd(II) y Pt(IV). La pirólisis de los M-CA dio lugar a dos procesos simultáneos: cambios en la estructura sólida y el crecimiento de nanopartículas (NP) de metal/óxido metálico. El análisis termogravimétrico (TGA) mostró una influencia significativa del catión reticulante en el mecanismo de descomposición y el cambio asociado en las propiedades texturales. La microscopía electrónica de barrido con retrodispersión electrónica (SEM-BSE) y la difracción de rayos X revelaron que los iones metálicos (dispersos molecularmente en los aerogeles originales) formaron nanopartículas compuestas de metales elementales y óxidos metálicos en proporciones variables durante el tratamiento pirolítico. El aumento de la TP resultó en nanopartículas generalmente más grandes. La pirólisis del aerogel reticulado con níquel (Ni-CA) preservó, en gran medida, la estructura mesoporosa y resultó en la evolución de nanopartículas finas (∼14 nm) de Ni/NiO homogéneamente dispersas. En resumen, este trabajo presenta un enfoque ecológico para sintetizar materiales de carbono que contienen nanopartículas metálicas, útiles en tecnologías emergentes relacionadas con la catálisis heterogénea y la electrocatálisis, entre otras.