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Pesquisadores da Universidade de Tohoku e da Universidade de Tsinghua apresentaram um modelo de eletrodo de membrana de última geração que promete revolucionar a pesquisa eletroquímica fundamental. Este eletrodo inovador, fabricado por meio de um processo meticuloso, apresenta uma matriz ordenada de nanotubos de carbono gigantes ocos (gCNTs) dentro de uma membrana nanoporosa, abrindo novas possibilidades para armazenamento de energia e estudos eletroquímicos.
O principal avanço está na construção desse novo eletrodo. Os pesquisadores desenvolveram uma técnica de revestimento de carbono uniforme em óxido de alumínio anódico (AAO) formado em um substrato de alumínio, com a camada de barreira eliminada. A camada revestida de carbono resultante exibe gCNTs alinhados verticalmente com nanoporos variando de 10 a 200 nm de diâmetro e 2 μm a 90 μm de comprimento, cobrindo pequenas moléculas de eletrólitos para grandes questões bio-relacionadas, como enzimas e exossomos. Ao contrário dos eletrodos compostos tradicionais, este modelo de eletrodo autônomo elimina o contato entre as partículas, garantindo uma resistência de contato mínima – algo essencial para interpretar os comportamentos eletroquímicos correspondentes.
“O potencial deste eletrodo modelo é imenso”, afirmou o Dr. Zheng-Ze Pan, um dos autores correspondentes do estudo. “Ao empregar o eletrodo de membrana modelo com sua extensa gama de dimensões de nanoporos, podemos obter informações profundas sobre os intrincados processos eletroquímicos que ocorrem nos eletrodos de carbono porosos, juntamente com suas correlações inerentes às dimensões dos nanoporos”.
Além disso, os gCNTs são compostos de folhas de grafeno empilhadas de baixo cristalino, oferecendo acesso inigualável à condutividade elétrica dentro das paredes de carbono de baixo cristalino. Por meio de medições experimentais e da utilização de um sistema interno de dessorção programado para temperatura, os pesquisadores construíram um modelo estrutural em escala atômica das paredes de carbono de baixo cristalino, permitindo simulações teóricas detalhadas. Dr. Alex Aziz, que realizou a parte de simulação para esta pesquisa, aponta, “Nossas simulações avançadas fornecem uma lente única para estimar as transições de elétrons dentro de carbonos amorfos, lançando luz sobre os intrincados mecanismos que governam seu comportamento elétrico.”
Este projeto foi conduzido pelo Prof. Dr. Hirotomo Nishihara, o Investigador Principal do Grupo de Dispositivos/Sistemas do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (WPI-AIMR). As descobertas são detalhadas em uma das revistas de alto nível da ciência dos materiais, “Advanced Functional Materials”.
Em última análise, o estudo representa um passo significativo em nossa compreensão de materiais de carbono porosos de base amorfa e suas aplicações na sondagem de vários sistemas eletroquímicos.
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