Formamide : une petite construction moléculaire polyvalente

Les matériaux carbonés de faible dimension (LDC), y compris le graphène et les nanotubes de carbone, ont attiré une attention considérable en raison de leurs morphologies uniques et de leurs propriétés électriques intrigantes. Cependant, ces matériaux sont généralement moins fonctionnalisés pour les applications électrochimiques. Par conséquent, il est crucial de concevoir une voie de synthèse ascendante pour les PMA qui puisse améliorer leurs propriétés électrochimiques et établir une relation structure-performance.

Actuellement, la plupart des méthodes ascendantes pour la synthèse des LDC exigent des précurseurs coûteux et des procédures de synthèse fastidieuses, ce qui entrave gravement leurs applications électrochimiques.

Dans une étude récente publiée dans la revue KeAi Matériaux en poudre avancés, une équipe de chercheurs chinois a proposé une nouvelle voie pour construire des nanostructures de carbone 1D/2D avec des rapports d’aspect réglables et une teneur élevée en azote (N), en utilisant une seule source de départ de petite molécule-formamide. Cette approche innovante conduit à la formation d’un polymérisé spécifique de type 1D (HCN)x, connu sous le nom de polyaminoimidazole (PAI). Les nanostructures de carbone à base de PAI développées de manière dimensionnelle peuvent ensuite subir une carbonisation pour obtenir des structures de carbone 1D ou 2D fortement dopées N.

“La méthode de synthèse proposée dans cette étude est très conviviale, ce qui la rend adaptée à une mise à l’échelle en laboratoire et en milieu industriel”, explique l’un des auteurs de l’étude, Guoxin Zhang, professeur de synthèse contrôlable de nanomatériaux de carbone à l’Université du Shandong. Science et technologie. “Les PMA dérivés du formamide présentent une teneur en N extrêmement élevée, supérieure à 40 % atomique, telle que mesurée après avoir subi un traitement solvothermique.”

Notamment, même après un recuit à des températures aussi élevées que 900 ° C, plus de 10 % atomiques de la teneur en N sont conservés. “Cette découverte fascinante permet la conception d’une large gamme de fonctionnalités électrochimiques pour des applications dans le stockage d’énergie et la catalyse”, a ajouté Zhang.

L’équipe a également fait une observation intéressante concernant l’ajout de mélamine, un composé avec trois groupes amino s’étendant vers l’extérieur, lors du traitement solvothermique du formamide. En introduisant la mélamine en tant que “graine”, elle a la capacité de transformer le schéma de croissance 1D original du formamide en une structure 2D, conduisant à la formation de fines couches de matériaux carbonés 2D.

L’étude explique que la croissance des matériaux carbonés de faible dimension (LDC) 1D et 2D suit une voie spécifique : (1) déshydratation du formamide en molécules de HCN, (2) polymérisation du HCN en tétramères et en 12 mères (polyamines) , (3) décyanation des 12-mers, et enfin (4) cyclisation intramoléculaire. La structure atomique précise du produit des PMA peut être résolue à l’aide de la technologie de diffraction des neutrons, permettant la détermination de la fonction de distribution de paires, comme illustré dans le graphique, qui correspond à la structure du polyaminoimidazole (PAI).

“Jusqu’à présent, il était difficile de cultiver directement des PMA avec une teneur en azote aussi élevée à des températures douces. Nos approches sont pionnières dans la synthèse contrôlable de nanocarbones à l’aide de petits blocs de construction moléculaires”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Zongge Li. “Ces matériaux peuvent être efficacement utilisés comme électrocatalyseurs pour la production économe en énergie de désinfectant au peroxyde d’hydrogène.

###

Contacter l’auteur : Guoxin Zhang, Institute of Energy Storage Technology, Shandong University of Science and Technology, Chine, zhanggx@sdust.edu.cn.

L’éditeur KeAi a été créé par Elsevier et China Science Publishing & Media Ltd pour déployer une recherche de qualité à l’échelle mondiale. En 2013, nous nous sommes concentrés sur la publication en libre accès. Nous publions maintenant avec fierté plus de 100 revues de classe mondiale, en libre accès, en anglais, couvrant toutes les disciplines scientifiques. Beaucoup d’entre eux sont des titres que nous publions en partenariat avec des sociétés prestigieuses et des institutions universitaires, telles que la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (NSFC).

Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l’exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert! par les institutions contributrices ou pour l’utilisation de toute information via le système EurekAlert.