Materiales bidimensionales en dispersion coloidalpeparacion escalable, caracterización y aplicaciones

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo central el desarrollo de métodos de preparación y funcionalización en fase líquida de materiales bidimensionales (2D), concretamente grafeno, disulfuro de molibdeno (MoS2) y óxido de cobalto (Co3O4). Se ha estudiado la exfoliación electroquímica anódica de grafito para obtener grafeno con sulfato potásico como electrolito, investigándose el uso de diferentes grafitos como ánodo y su influencia en las características del grafeno resultante. Entre los materiales estudiados, el grafito flexible mostró los mejores resultados. Asimismo, se utilizaron como electrolitos en exfoliación anódica sulfonatos aromáticos, que actúan como agentes intercalantes, estabilizantes, antioxidantes y centros de anclaje para la preparación de materiales híbridos basados en grafeno con un grado de oxidación muy bajo (~2%). Se estudió también el pretratamiento del grafito flexible con ácido sulfúrico, lo que permitió aumentar el rendimiento de exfoliación electroquímica anódica del ~10% a más del 50%. En el contexto de la exfoliación anódica se indentificó a los halogenuros de sodio como electrolitos eficientes de exfoliación, con resultados similares a los sulfatos utilizados habitualmente, pero con un grado de oxidación menor. Este descubrimiento llevó al desarrollo de aditivos de electrolito con función antioxidante, destacando entre ellos el anión cloruro, para obtener grafeno anódico de muy alta calidad con un grado de oxidación muy limitado Se estudió también la funcionalización de MoS2 obtenido mediante la ruta de intercalación de litio con grupos de ácido acético, obteniéndose láminas en fase 1T coloidalmente estables a largo plazo que se utilizaron como catalizadores de la reducción de nitroarenos, reteniendo su actividad durante más tiempo que las láminas no funcionalizadas. Por último, mediante un proceso solvotérmico en medio micelar laminar se prepararon láminas 2D de Co3O4 activado sin necesidad de activación posterior. Este material se utilizó como electrodo para almacenamiento de carga, como catalizador de la reducción de nitroarenos y como adsorbente de colorantes en disolución acuosa, con resultados comparables o superiores en todos los casos a los de materiales nanoestructurados basados en óxido de cobalto.