La química de los arogeles luminiscentes

The  chemistry of luminescent arogels

C.La química de los arogeles luminiscentes

Pueden prepararse materiales fotoluminiscentes basados ​​en aerogeles de sílice encapsulando varios dopantes fotoluminiscentes durante el proceso de gelificación.  El problema químico aquí es retener los dopantes dentro la red de gel incluso después del lavado y supercrítico secado, manteniendo sus propiedades luminiscentes. Químicamente, el dopante se puede adsorber (hidrógeno enlaces), fijado por atracción electrostática reversible, unido covalentemente irreversiblemente, o simplemente físicamente atrapado, como en una bolsa hidrofílica rodeada de gel hidrofóbico. La extensión de moléculas encapsuladas es muy grande. Comprende fullerenos C-60 a C-70, que emiten una

luz visible intensa con un cambio azul en comparación con el dopante libre. El último efecto se debe a una confinamiento cuántico por la red de gel. Aquí de nuevo, las propiedades luminiscentes dependen de la procedimiento de preparación química de aerogel.139,140 Un colorante fluorescente como el N-(3-trimetoxisililpropilo) - Bromuro de 2,7-diazapirenio (DAP), fue covalentemente unido a la red de gel.141 Otro dopante, 1,4- bis [5-fenil-2-oxazolil] -benceno (o POPOP), tiene Se ha utilizado para mejorar la detección de Cherenkov. luz en el programa SAPHIR.142 Centelleadores luminiscentes, hechos por impregnación saturada de SiO2 También se han investigado aerogel bajo argón, con centelleadores líquidos a base de 1-metilnaftaleno. para su aplicación en la física de altas energías.143 Otro diferentes tipos de dopantes constan de aproximadamente 6 nm de tamaño partículas nanocristalinas de ZnO, que proporcionan una fuerte aerogeles verde-amarillo fluorescentes a una longitud de onda de 500 nm.144 Los dopantes pueden incluso ser simples cationes introducidos con sales como el aluminio nitrato. En etanol supercrítico de alta temperatura condiciones de secado, los cationes Al3 + de la sal se rompen algunos enlaces Si-O-Si para construir los Si-O-Al. Esto también resulta en una mayor formación de oxígeno vacantes cerca de algunos átomos de silicio, en comparación con aerogeles de sílice pura. A su vez, esto puede drásticamente aumentar la intensidad luminiscente verde que se debe a una pequeña proporción de átomos de Si coordinados 2 veces en el gel de sílice dopado con Al.145 El diseño de láseres que utilizan aerogeles es posible, por ejemplo, mediante la encapsulación de lantánidos146 u otros tintes especiales.147 Además de la sílice, Los aerogeles de alúmina elaborados por complejación con acetoacetato de etilo muestran una banda de emisión azul intensa en el rango de longitud de onda 400-800 nm, después del recocido a 500 ° C 148

VIII the chemistry of electrical  applications

A.bateteries

VIII. La química de las aplicaciones eléctricas

A. Baterías

El problema químico aquí es poder intercalar iones de manera reversible en la red de aerogel. Un gran cantidad de iones pequeños se pueden intercalar debido a la textura muy porosa de los aerogeles de óxido. Además, como estos últimos son buenos aislantes térmicos, Se pueden aplicar en electricidad de alta temperatura. baterías.13,97 Los óxidos más estudiados son el vanadio óxido, 149 óxido de manganeso, 150 y óxido de molibdeno aerogeles151 en los que se intercalan iones de litio. A El aerogel V2O5 es un material amorfo que consiste en una red sólida altamente interconectada con un superficie de hasta 450 m2 / gy un poro específico volumen hasta 2,3 cm3 / g. Hasta 5,8 equiv. De litio / mol de aerogel V2O5 se puede insertar mediante de litiación química o electroquímica.152 Estos

Los materiales pueden funcionar como de alta capacidad (500-600 mAh / g), electrodos positivos de alta energía en litio 153 Además de Li +, los cationes polivalentes Mg2 +, Zn2 + y Al3 + también se pueden intercalar de forma reversible.154 La cinética y el rendimiento cíclico de estos Los electrodos positivos aún deben mejorarse, aunque Se está avanzando en esta dirección.155 En particular, el híbrido pentóxido de vanadio / polipirrol (PPy / V2O5) se prepararon aerogeles mediante polimerización simultánea de pirrol y alcóxido de vanadio VO- (OC3H7) 3, utilizando mezclas de pirrol-agua-acetona. Los aerogeles obtenidos fueron monolíticos, con una coloración verde-negra, una superficie específica de 150 a 257 m2 g-1, y densidades entre 0,1 y 0,2 g cm-3. Eran lo suficientemente fuertes como para cortarlos sin fracturamiento, pero su conductividad eléctrica disminuyó a medida que aumentaba el contenido de polipirrol. Estudios TEM demostraron que estaban compuestos de fibras similares a las de aerogeles V2O5, pero con una cadena de menor longitud. Otras posibles composiciones comprenden AgI-Al2O3 aerogeles compuestos, con una conductividad máxima a temperatura ambiente de 2,8 × 10-3 S cm-1. Aqui tambien, la conductividad es mayor en el aerogel que en el correspondiente xerogel, que muestra que el tamaño de los poros La distribución de aerogeles es más eficaz que eso.

de xerogeles para mejorar la conductividad iónica.157

B capacitor electrodes

B. Electrodos de condensador

Aquí nuevamente, el problema químico es reversiblemente inmovilizar una gran cantidad de carga eléctrica portadores. Además, el aerogel en sí debe conducir

electricidad, lo que explica que estas propiedades mayoritariamente estudiado con aerogeles de carbono. Estos últimos fueron investigados para aplicaciones como electrodos de doble capa en supercondensadores, pseudocondensadores, unidades de desionización capacitiva y pilas de combustible. tienen una resistencia eléctrica baja (10-3-10-2 Ω.m) 161 y, debido a su gran superficie específica, pueden almacenan más energía eléctrica que los condensadores convencionales (Figura 21). Capacitancia específica típica para Los aerogeles de carbono derivados de RF tienen 45 F g-1 en un electrolito, o incluso más, dependiendo de la configuración experimental.159,160 Su energía almacenada se puede liberar muy rápidamente para proporcionar un encendido instantáneo

hasta 7,5 kW kg-1. 158 Más recientemente, los aerogeles de carbono Los aerogeles obtenidos por pirólisis de poliacrilonitrilo (PAN) han permitido alcanzar capacidades específicas tancias tan altas como 130 F g-1 en una solución acuosa de KOH 5 M medio, con una densidad de energía almacenada de aproximadamente 15 kJ kg-1 y una densidad de potencia de aproximadamente 1,4

kW kg-1. 57 Por otro lado, el almacenamiento de iones El potencial de los aerogeles de carbono los convierte en buenos candidatos para el medio de desionización, por ejemplo, el eliminación eficiente de NaCl, así como metales (Cu, Zn, Ni, Cd, Cr, Pb, U), del agua.9,159 Dada su alta volumen de poro específico, pueden almacenar una gran cantidad de estos solutos. Además, se pueden regenerar fácilmente aplicando un voltaje inverso. Los aerogeles de carbono también se pueden impregnar con un vapor de metal, por ejemplo de rutenio, para aplicaciones en electrocatálisis y fuentes de energía. La nanoestructura resultante está compuesta de partículas de Ru altamente dispersas (aproximadamente 2-3 nm de diámetro) unidas a la superficie del aerogel de carbono y distribuidos homogéneamente por todo el material.

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