Os nanotubos podem ser utilizados como catalisadores de várias formas.
Um método consiste em fazer passar uma corrente eléctrica através deles.
Isto permite-lhes doar electrões às moléculas que entram em contacto com os locais de reação.
Este processo de transferência de electrões facilita as reacções químicas e acelera as taxas de reação.
Como é que os nanotubos podem ser utilizados como catalisadores? - 7 ideias-chave
1. Métodos de síntese
Em termos de processos de produção, os nanotubos podem ser sintetizados através de diferentes métodos.
Os métodos tradicionais incluem a ablação por laser e a descarga por arco.
O processo comercial mais comum atualmente é a deposição química de vapor (CVD).
Os métodos CVD modificados envolvem a utilização de monóxido de carbono como matéria-prima.
Há um domínio emergente que se centra na utilização de matérias-primas verdes ou resíduos para a produção de nanotubos.
Por exemplo, o dióxido de carbono capturado por eletrólise em sais fundidos pode ser utilizado para produzir nanotubos a partir de matérias-primas verdes.
A pirólise do metano, que consiste na decomposição térmica direta do metano em hidrogénio e negro de fumo sólido (incluindo nanotubos), é outro método que utiliza resíduos ou subprodutos de metano como matéria-prima.
2. Influência da matéria-prima
A escolha da matéria-prima pode também afetar o processo de síntese.
O metano e o etileno requerem hidrogénio durante a conversão térmica antes da dopagem em nanotubos de carbono.
Por outro lado, o hidrogénio não desempenha um papel significativo na síntese de nanotubos através do acetileno, exceto pelo seu efeito redutor no catalisador.
Observou-se que, a concentrações de hidrogénio relativamente baixas, o hidrogénio pode promover o crescimento de nanotubos de carbono sintetizados através de metano e etileno, reduzindo o catalisador ou participando na reação térmica.
Além disso, a taxa de crescimento dos nanotubos sintetizados através de etileno é superior à dos sintetizados através de acetileno, sugerindo um "mecanismo de formação semelhante à polimerização".
3. Tempo de residência ideal
A manutenção de um tempo de residência ótimo é crucial para alcançar uma taxa de crescimento relativamente elevada dos nanotubos.
Um tempo de residência demasiado baixo pode resultar na incapacidade de acumular uma fonte de carbono suficiente, levando ao desperdício.
Por outro lado, um tempo de residência demasiado elevado pode limitar a reposição da fonte de carbono e resultar na acumulação de subprodutos indesejados.
4. Tecnologias verdes
Os nanotubos têm também um potencial significativo no domínio das tecnologias ecológicas.
Podem ser utilizados em aplicações como o betão, as películas e a eletrónica, em que as suas propriedades únicas oferecem soluções respeitadoras do ambiente.
No entanto, o principal mercado para os nanotubos nas tecnologias verdes é o das baterias de iões de lítio.
À medida que os esforços de descarbonização impulsionam a eletrificação automóvel, os nanotubos desempenham um papel fundamental como aditivos condutores nas baterias de iões de lítio.
São utilizados principalmente no cátodo, como parte da pasta condutora.
A investigação está também a explorar a utilização de nanotubos em baterias da próxima geração, como as baterias de lítio-ar ou lítio-enxofre, bem como em ânodos de lítio metálico.
5. Impacto ambiental
Ao avaliar o impacto ambiental dos nanotubos, é essencial compará-los com materiais alternativos.
No caso dos nanotubos de carbono como aditivos condutores, podem ser comparados com o negro de fumo e o grafeno.
O negro de carbono tem normalmente emissões de CO2 por quilograma mais elevadas do que o grafeno e os nanotubos de carbono, bem como requisitos de carga mais elevados nos compósitos.
Além disso, os pneus reforçados com nanotubos de carbono revelaram uma menor libertação de nanopartículas em comparação com outros nanocarbonos, de acordo com um estudo da Michelin.
O grafeno, por outro lado, tem os seus próprios desafios em termos de eficiência energética, necessidades de água e utilização de produtos químicos agressivos no seu método de produção, como o método da Hummer.
6. Aplicações sustentáveis
Em geral, os nanotubos como catalisadores e as suas aplicações em várias indústrias são muito promissores para tecnologias sustentáveis e ecológicas.
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