Piscar cria dificuldade

Cientistas da Universidade Rice que “flashem” materiais para sintetizar substâncias como o grafeno voltaram sua atenção para o nitreto de boro, altamente valorizado por sua estabilidade térmica e química.

O processo do laboratório Rice do químico James Tour expõe um precursor ao rápido aquecimento e resfriamento para produzir materiais bidimensionais, neste caso nitreto de boro puro e nitreto de carbono de boro. Até agora, ambos têm sido difíceis de criar a granel e quase impossíveis de produzir em formas facilmente solúveis.

O relatório do laboratório na Advanced Materials detalha como o aquecimento flash Joule, uma técnica introduzida pelo laboratório Tour em 2020, pode ser ajustado para preparar flocos microscópicos e purificados de nitreto de boro com vários graus de carbono.

Experimentos com o material mostraram que flocos de nitreto de boro podem ser usados ​​como parte de um poderoso revestimento anticorrosivo.

“O nitreto de boro é um material 2D muito procurado”, disse Tour. “Ser capaz de fabricá-lo a granel, e agora com quantidades mistas de carbono, torna-o ainda mais versátil.”

Em nanoescala, o nitreto de boro vem em diversas formas, incluindo uma configuração hexagonal que se parece com o grafeno, mas com átomos alternados de boro e nitrogênio em vez de carbono. O nitreto de boro é macio, por isso é frequentemente usado como lubrificante e aditivo em cosméticos, e também é encontrado em cerâmicas e compostos metálicos para melhorar sua capacidade de lidar com altas temperaturas.

O engenheiro químico do arroz, Michael Wong, relatou recentemente que o nitreto de boro é um catalisador eficaz para ajudar a destruir o PFAS, um perigoso “produto químico para sempre” encontrado no meio ambiente e nos seres humanos.

O aquecimento Flash Joule envolve colocar materiais de origem entre dois eletrodos em um tubo e enviar um rápido choque de eletricidade através deles. Para o grafeno, os materiais podem ser praticamente qualquer coisa que contenha carbono, resíduos de alimentos e peças plásticas usadas de automóveis, sendo apenas dois exemplos. O processo também isolou com sucesso elementos de terras raras de cinzas volantes de carvão e outras matérias-primas.

Em experimentos liderados pelo estudante de pós-graduação da Rice, Weiyin Chen, o laboratório alimentou amônia borano (BH3NH3) na câmara de flash com quantidades variadas de negro de fumo, dependendo do produto desejado. A amostra foi então piscada duas vezes, primeiro com 200 volts para desgaseificar a amostra de elementos estranhos e novamente com 150 volts para completar o processo, com um tempo total de flash de menos de um segundo.

Imagens de microscópio mostraram que os flocos são turbostráticos – isto é, desalinhados como placas mal empilhadas – com interações enfraquecidas entre eles. Isso torna os flocos fáceis de separar.

Eles também são facilmente solúveis, o que levou aos experimentos anticorrosivos. O laboratório misturou nitreto de boro flash com álcool polivinílico (PVA), pintou o composto em filme de cobre e expôs a superfície à oxidação eletroquímica em banho de ácido sulfúrico.

O composto flash provou ser mais de 92% melhor na proteção do cobre do que o PVA sozinho ou um composto semelhante com nitreto de boro hexagonal comercial. Imagens microscópicas mostraram que o composto criou “caminhos tortuosos de difusão para eletrólitos corrosivos” para alcançar o cobre, e também impediu a migração de íons metálicos.

Chen disse que a condutividade do precursor pode ser ajustada não apenas pela adição de carbono, mas também com ferro ou tungstênio.

Ele disse que o laboratório vê potencial para materiais adicionais. “Precursores que foram usados ​​em outros métodos, como deposição hidrotérmica e química de vapor, podem ser testados em nosso método flash para ver se podemos preparar mais produtos com características metaestáveis”, disse Chen. “Demonstramos carbonetos metálicos de fase metaestável e dichalcogenetos de metais de transição, e esta parte merece mais pesquisa.”

Os co-autores do estudo são os ex-alunos do Rice, John Tianci Li, Wala Algozeeb, Paul Advincula, Emily McHugh e Duy Xuan Luong, os estudantes de pós-graduação Chang Ge, Zhe Yuan, Jinhang Chen, Kexin Ling, Chi Hun Choi, Kevin Wyss e Zhe Wang, o cientista pesquisador Guanhui Gao e Yimo Han, professor assistente de ciência de materiais e nanoengenharia. Tour é titular da cátedra TT e WF Chao em Química, bem como professor de ciência da computação e de ciência de materiais e nanoengenharia na Rice.