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Articulo de referencia

Nanopartícula de óxido de cobalto

En la investigación de materiales y baterías eléctricas , las nanopartículas de óxido de cobalto generalmente se refieren a partículas de óxido de cobalto(II,III) Co 3 O 4 de ta...

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En la investigación de materiales y baterías eléctricas , las nanopartículas de óxido de cobalto generalmente se refieren a partículas de óxido de cobalto(II,III) Co3 O4 de tamaño nanométrico, con diversas formas y estructuras cristalinas.

Las nanopartículas de óxido de cobalto tienen aplicaciones potenciales en baterías de iones de litio [ 1 ] [ 2 ] y sensores electrónicos de gas . [ 3 ] [ 4 ]

Aplicaciones

Batería de iones de litio

Los cátodos de las baterías de iones de litio suelen estar hechos de óxidos litiados de cobalto , níquel o manganeso, que pueden incorporar iones de litio de forma fácil y reversible en su estructura molecular. Los nanomateriales de óxido de cobalto, como los nanotubos , [ 1 ] ofrecen una alta relación superficie-volumen y trayectorias cortas para el transporte de cationes de litio , lo que permite una carga rápida. Sin embargo, la capacidad, la eficiencia coulómbica y la vida útil pueden verse afectadas por la formación excesiva de SEI. Los nanocables pueden incorporar otras sustancias, por ejemplo, difenilalanina . [ 5 ]

Nanopartículas de óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) ancladas en una sola lámina de grafeno.

Las partículas de óxido de cobalto pueden anclarse en sustratos como el grafeno para mejorar la estabilidad dimensional del ánodo y evitar la agregación de partículas durante los procesos de carga y descarga de litio. [ 2 ]

Sensor de gas

Se han investigado nanoesferas huecas de óxido de cobalto como materiales para electrodos de sensores de gas , para la detección de tolueno, acetona y otros vapores orgánicos. [ 3 ]

Se han investigado nanopartículas de óxido de cobalto ancladas en nanotubos de carbono de pared simple para la detección de óxidos de nitrógeno (NO).x ehidrógeno. Esta aplicación aprovecha la reactividad entre el gas y el óxido, así como la conexión eléctrica con el sustrato (ambossemiconductores de tipo p). Los óxidos de nitrógeno reaccionan con el óxido comoaceptores de electrones, reduciendo la resistencia del electrodo; mientras que el hidrógeno actúa comodonador de electrones, aumentando la resistencia. [ 4 ]

Medicamento

Se ha observado que las nanopartículas de óxido de cobalto penetran fácilmente en las células , una propiedad que podría tener aplicaciones en el tratamiento hipertérmico, la terapia génica y la administración de fármacos. Sin embargo, su toxicidad representa un obstáculo que debe superarse. [ 6 ]

Síntesis

Hidrotermal

El óxido de cobalto se obtiene a menudo mediante síntesis hidrotermal en un autoclave. [ 7 ]

La síntesis hidrotermal en un solo paso de esferas huecas de óxido metálico comienza con carbohidratos y sales metálicas disueltas en agua a 100-200  °C. La reacción produce esferas de carbono, con iones metálicos integrados en la capa hidrofóbica. Los núcleos de carbono se eliminan por calcinación , dejando esferas huecas de óxido metálico. El área superficial y el espesor de la capa se pueden manipular variando la concentración de carbohidratos y sales metálicas, así como la temperatura, la presión y el pH del medio de reacción, y los cationes de las sales iniciales. [ 8 ] El tiempo de finalización del procedimiento varía de horas a días. [ 9 ]

Síntesis hidrotermal de esferas huecas de óxido de cobalto.

Una desventaja de este método es su menor rendimiento en comparación con otros métodos.

Descomposición térmica

Imagen TEM (derecha) de nanopartículas de óxido de cobalto producidas por descomposición térmica del precursor organometálico Co-salen (izquierda).

Otra vía para la síntesis de nanopartículas de óxido de cobalto es la descomposición térmica de compuestos organometálicos. Por ejemplo, calentar el complejo metálico salen bis(salicilaldehído)etilendiiminacobalto(II) ("Co-salen") en aire a 500 °C. [ 10 ] [ 11 ] El precursor Co-salen se puede obtener haciendo reaccionar acetato de cobalto(II) tetrahidratado en propanol a 50 °C bajo atmósfera de nitrógeno con el ligando salen (bis(salicilaldehído)etilendiimina). [ 11 ]

A partir de precursores anclados

Los compuestos de óxido de cobalto/grafeno se sintetizan formando primero hidróxido de cobalto(II) Co(OH)2 en la lámina de grafeno a partir de una sal de cobalto(II) ehidróxido de amonioNH4 OH, que luego se calienta a 450 °C durante dos horas para obtener el óxido.

Seguridad

Al igual que la mayoría de los compuestos de cobalto, las nanopartículas de óxido de cobalto son tóxicas para los seres humanos y también para la vida acuática. [ 12 ] [ 13 ]

Referencias

  1. 1 2 Du N, Zhang H, Chen BD, Wu JB, Ma XY, Liu ZH, et  al. (17 de diciembre de 2007). "Nanotubos porosos de Co3O4 derivados de cúmulos de Co4(CO)12 en plantillas de nanotubos de carbono: un material altamente eficiente para aplicaciones de baterías de litio". Advanced Materials . 19 (24): 4505– 4509. Bibcode : 2007AdM....19.4505D . doi : 10.1002/adma.200602513 . S2CID 55881828 . 
  2. 1 2 Wu ZS, Ren W, Wen L, Gao L, Zhao J, Chen Z, et al. (junio de 2010). "Grafeno anclado con nanopartículas de co(3)o(4) como ánodo de baterías de iones de litio con capacidad reversible mejorada y rendimiento cíclico". ACS Nano . 4 (6): 3187– 3194. doi : 10.1021/nn100740x . PMID 20455594 .  
  3. 1 2 Park J, Shen X, Wang G (marzo de 2009). "Síntesis solvotérmica y rendimiento de detección de gases de nanoesferas huecas de Co3O4". Sensors and Actuators B: Chemical . 136 (2): 494– 498. doi : 10.1016/j.snb.2008.11.041 .
  4. 1 2 Li W, Jung H, Hoa ND, Kim D, Hong SK, Kim H (septiembre de 2010). "Nanocompuesto de nanocristales de óxido de cobalto y nanotubos de carbono de pared simple para una aplicación de sensor de gas". Sensors and Actuators B: Chemical . 150 (1): 160– 166. doi : 10.1016/j.snb.2010.07.023 .
  5. ↑ Ryu J, Kim SW, Kang K, Park CB (enero de 2010). "Síntesis de nanocables híbridos de difenilalanina/óxido de cobalto y su aplicación al almacenamiento de energía". ACS Nano . 4 (1): 159– 164. doi : 10.1021/nn901156w . PMID 20000841 . 
  6. ↑ Papis E, Rossi F, Raspanti M, Dalle-Donne I, Colombo G, Milzani A, et al. (septiembre de 2009). "Las nanopartículas de óxido de cobalto diseñadas entran fácilmente en las células". Toxicology Letters . 189 (3): 253– 259. doi : 10.1016/j.toxlet.2009.06.851 . PMID 19539014 .  
  7. ↑ Whittingham MS (abril de 1996). "Síntesis hidrotermal de óxidos de metales de transición en condiciones suaves". Current Opinion in Solid State and Materials Science . 1 (2): 227– 232. Bibcode : 1996COSSM...1..227W . doi : 10.1016/S1359-0286(96)80089-1 .
  8. ↑ Titirici MM, Antonietti M, Thomas A (agosto de 2006). "Síntesis generalizada de esferas huecas de óxido metálico mediante un método hidrotermal". Química de los materiales . 18 (16): 3808– 3812. doi : 10.1021/cm052768u .
  9. ↑ Lu AH, Salabas EL, Schüth F (12 de febrero de 2007). "Nanopartículas magnéticas: síntesis, protección, funcionalización y aplicación". Angewandte Chemie . 46 (8): 1222– 1244. doi : 10.1002/anie.200602866 . PMID 17278160 . 
  10. ↑ Sharma JK, Srivastava P, Singh G, Akhtar MS, Ameen SJ (marzo de 2015). "Síntesis verde de nanopartículas de Co3O4 y sus aplicaciones en la descomposición térmica del perclorato de amonio y en células solares sensibilizadas con colorante". Materials Science and Engineering: B . 193 : 181– 188. doi : 10.1016/j.mseb.2014.12.012 .
  11. 1 2 Salavati-Niasari M, Khansari A (abril de 2014). "Síntesis y caracterización de nanopartículas de Co3O4 mediante un método simple" . Comptes Rendus Chimie . 17 (4): 352– 358. doi : 10.1016/j.crci.2013.01.023 .
  12. ↑ Duan J, Kodali VK, Gaffrey MJ, Guo J, Chu RK, Camp DG, et al. (enero de 2016). "Perfil cuantitativo de la S-glutationilación de proteínas revela la regulación dependiente del redox de la función de los macrófagos durante el estrés oxidativo inducido por nanopartículas" . ACS Nano . 10 (1): 524– 538. doi : 10.1021/acsnano.5b05524 . PMC 4762218. PMID 26700264 .   
  13. ↑ Perfil toxicológico del cobalto (PDF) . Servicio de Salud Pública, Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades (Informe). Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos. Abril de 2004.