Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next
Uno de los objetivos más importantes de la ciencia de materiales es conseguir producir materiales jerárquicos, que son aquellos que están ordenados en todas las escalas de longitud, desde la molecular (1-100 angstroms), pasando por la nano (10-100 nanómetros) hasta la macro (1-100 micras). Estas arquitecturas multinivel son capaces de conferir propiedades únicas a la estructura.
Los materiales jerárquicos se preparan mediante técnicas de autoensamblado, “de abajo arriba”, o por métodos “de arriba abajo” que incluye la colocación selectiva de moléculas orgánicas e inorgánicas en geometrías muy bien definidas, con lo que se optimiza la actividad química, la óptica o la magnética.
Uno de estos materiales jerárquicos, los de carbono jerárquicamente porosos (MCJP), son especialmente interesantes para su uso en los acumuladores de energía, debido a su enorme relación superficie/volumen y lo cortos que son los recorridos de los iones en ellos. El problema es que los métodos para su fabricación son demasiado complejos y caros como para llevarlos a nivel industrial
Los MCJP, al ser de carbono, pueden obtenerse en principio a partir de biomasa. Pero, con los conocimientos actuales, fabricar MCJP industrialmente a partir de paja o ramones se antoja absolutamente inviable. Un grupo de investigadores de la Universidad Zheijang (China), que estaba investigando biomasa cruda, se fijó en el proceso de fabricación del pan y en cómo a partir de una masa pulverulenta se obtenía una muy buena aproximación a un MCJP, el propio pan.
Ahora han publicado en Green Chemistry un proceso muy simple, en un solo recipiente, para obtener MCJP a partir de cascarilla de arroz y bambú. La receta guarda enormes similitudes con la de fabricación del pan. El método, que llaman de “levadura”, tiene un gran potencial industrial.
Durante la fabricación del pan, los gases que produce la fermentación por la levadura, y en algunas masas el bicarbonato sódico, son los que crean la estructura porosa. De forma parecida los investigadores usan bicarbonato potásico durante la carbonización de la biomasa, que se consigue calentando la mezcla a altas temperaturas. De esta forma tan sencilla preparan MCJP de gran superficie, con una estructura 3D bien desarrollada que incluye, como es de rigor, macro, meso y microporos.
El proceso destaca por su extrema sencillez y recuerda en cierta manera al que ya existe para la fabricación de carbón activado, excepto porque es capaz de desarrollar macroporos. Otro punto fuerte es lo fácil que es controlar los poros a distintos niveles en comparación con los métodos existentes. Y, finalmente, los materiales de partida son abundantes y muy baratos. Este método, en definitiva, tiene todo el aspecto de ser un paso importante hacia una nueva generación de materiales de carbono industriales.
Referencia:
Jian Deng et al (2015) Inspired by bread leavening: one-pot synthesis of hierarchically porous carbon for supercapacitors Green Chem. DOI: 10.1039/c5gc00523j
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance