Calentamiento Directo de Aminoácidos con Sílice: Un Enfoque Universal de Ensamblaje Sin Disolventes para Materiales de Carbono Mesoporoso Altamente Dopedo con Nitrógeno

Se desarrolla un enfoque general de ensamblaje sin disolventes mediante el calentamiento directo de mezclas de aminoácidos y sílice mesoporosa para la síntesis de una familia de carbones mesoporosos altamente dopados con nitrógeno. Se han utilizado aminoácidos como los únicos precursores para la síntesis de templado de una serie de carbones mesoporosos ordenados. Durante el calentamiento, los aminoácidos se funden e interactúan fuertemente con la sílice, lo que conduce a una carga efectiva y mejores rendimientos de carbono (hasta ≈25 % en peso), lo que resulta en una replicación de estructura exitosa y dopado con nitrógeno. Se proponen y elucidan mecanismos únicos de ensamblaje de estructura sin disolventes de manera semicuantitativa utilizando dos escalas de afinidad. Se alcanzan niveles de dopado con nitrógeno significativamente altos, hasta 9.4 (16.0) % en peso mediante carbonización a 900 (700) °C. Los diversos tipos de aminoácidos, sus interacciones variables con la sílice y diferentes comportamientos piróliticos conducen a carbones mesoporosos dopados con nitrógeno con áreas superficiales ajustables (700–1400 m² g⁻¹), volúmenes de poro (0.9–2.5 cm³ g⁻¹), tamaños de poro (4.3–10 nm) y tamaños de partículas a partir de un solo template. Como demostraciones, los típicos carbones dopados con nitrógeno muestran un buen rendimiento en la captura de CO₂ con altas selectividades de CO₂/N₂ de hasta ≈48. Además, muestran un rendimiento atractivo para la reacción de reducción de oxígeno, con un potencial de inicio y un potencial de media onda de ≈−0.06 y −0.14 V (vs Ag/AgCl).