Uma equipe de pesquisa da Universidade de Shinshu desenvolveu um nanocompósito de baixo custo, incorporando molibdatos trimetálicos e bimetálicos em nanofibras de carbono ocas dopadas com flúor, boro e nitrogênio. O composto demonstra uma funcionalidade dupla promissora para armazenamento de energia e remediação ambiental, oferecendo uma solução escalável e eficaz para pressionar os desafios globais de energia e poluição.
A demanda de energia e a sustentabilidade ambiental continuam sendo preocupações globais urgentes. Rápida urbanização, industrialização e crescimento populacional – principalmente nos países em desenvolvimento – levaram ao aumento do consumo de energia e ao aumento da poluição da água.
Em resposta, tem havido interesse crescente em materiais nanoestruturados multifuncionais que podem abordar ambos armazenamento de energia e questões ambientais. Os molibdatos de metallic bimetálico e ternário surgiram como candidatos fortes devido às suas propriedades catalíticas e eletroquímicas.
No entanto, métodos atuais para produzir tal nanocompósitos geralmente têm grandes desvantagens. Muitos dependem de materiais de carbono caros, como nanotubos de carbono ou grafeno, enquanto outros usam técnicas de síntese complexas, demoradas ou ambientalmente prejudiciais. Alguns métodos também requerem grandes quantidades de metais, normalmente mais de 50 % em peso, tornando-os menos práticos para aplicações do mundo actual, especialmente em configurações de recursos limitados.
Liderada pelo ilustre professor Ick Soo Kim, do Nano Fusion Expertise Analysis Lab, o estudo também envolveu o Dr. GoPiraman Mayakrishnan e o Dr. Azeem Ullah, da Universidade de Shinshu, junto com o Dr. Ramkumar Vanraj, da Universidade de Yeungnã.
A equipe ancorou molibes bimetálicos ultrafinos (FEMO) e ternários (nicomo) em nanofibras de carbono de núcleo oco dopadas com flúor, boro e nitrogênio. A estrutura oca aumenta a área de superfície disponível para reações, enquanto os dopantes aumentam a condutividade e a reatividade química do andaimes de carbono.
Criamos uma plataforma multifuncional que não é apenas escalável e econômica, mas também oferece desempenho excepcional no armazenamento de energia. Nossa abordagem reduz a dependência de metais caros e a dopagem das nanofibras de carbono aprimora suas propriedades, permitindo -nos criar um materials que possa atender às necessidades energéticas e ambientais.
Ick Soo Kim, professor ilustre da Universidade Shinshu
O objetivo principal de testar o novo materials de nanocompósito foi avaliar seu potencial para melhorar o armazenamento de energia. Ele demonstrou uma capacitância específica de 1.419,2 f/g, significativamente maior do que a de muitos materiais existentes usados para aplicações de armazenamento de energia.
O materials também mostrou forte durabilidade, mantendo 86 % de sua capacidade inicial após 10.000 ciclos de descarga de carga, um fator-chave para a confiabilidade a longo prazo dos sistemas de armazenamento de energia.
Além de seu desempenho de armazenamento de energia, o nanocompósito também mostrou promissores em aplicações ambientais. Os pesquisadores testaram sua capacidade de catalisar a redução do 4-nitrofenol, um composto tóxico comumente encontrado nas águas residuais industriais.
Os resultados indicaram alta eficiência na degradação deste poluente, sugerindo o uso potencial no controle da poluição e Purificação da água sistemas.
Além de seu desempenho, o nanocompósito é relativamente barato de produzir. Os nanomateriais tradicionais geralmente exigem grandes quantidades de metais ou componentes caros, como o grafeno, o que pode aumentar os custos de fabricação. Por outro lado, o novo materials se beneficia de um processo de síntese mais simples e do conteúdo de metallic reduzido, tornando-o mais econômico para a implantação em larga escala.
Com sua combinação de alto desempenho, menor custo de produção e escalabilidade, o nanocompósito representa um forte candidato a várias aplicações. Enquanto os resultados marcam um passo significativo em direção a nanotecnologias sustentáveis, serão necessárias mais pesquisas e desenvolvimento antes que o materials esteja pronto para uso comercial.
O próximo passo é refinar o processo de produção e testar o materials em condições mais diversas. Também planejamos explorar seu potencial em outras aplicações ambientais, como a remoção de diferentes tipos de poluentes.
Ick Soo Kim, professor ilustre da Universidade Shinshu
Referência do diário:
Mayakrishnan, G., et al. (2025) Ancoragem interna-de superfície de molibdatos de Ultrafine BI (TRI)-metálico em nanofibras de carbono de núcleos n-, B e F dopadas de F dopadas de F dopadas F: nanocompósitos econômicos com carga de baixa metallic para aplicações ambientais e de energia. Materiais avançados de fibra. doi.org/10.1007/s42765-025-00528-7.