Учёные создали углерод с площадью футбольного поля в чайной ложке

Исследователи из Корнеллского университета разработали нанопористый углерод с самой высокой площадью поверхности из когда-либо зарегистрированных. Материал уже демонстрирует значительные преимущества в улавливании углекислого газа и технологиях хранения энергии.

Углерод, благодаря своей высокой пористости, способен адсорбировать загрязнители и хранить электрическую энергию. Новая методика синтеза увеличивает площадь поверхности углерода до 4800 м2 на грамм — эквивалент площади футбольного поля, умещённого в чайной ложке материала.

По словам авторов работы, основная задача заключалась в том, чтобы максимально увеличить пористость материала, сохраняя при этом структурную целостность и достаточную производительность для практического применения. Для решения проблемы были применены гипергольные реакции, обычно используемые в ракетных двигателях и авиационных системах.

Методика начинается с использования сахарозы и специального шаблона, который придаёт углероду структурированную форму. При смешивании с определёнными химическими веществами реакция запускается мгновенно, создавая углеродные трубки с уникальными пятиугольными кольцами вместо традиционных шестиугольных. Последующая обработка гидроксидом калия вымывает менее стабильные структуры, формируя сеть микроскопических пор.

Особенность гипергольных реакций заключается в их высокой скорости. Это позволяет материалу оставаться в метастабильной конфигурации, недоступной при обычных реакциях с медленным нагреванием. Такое состояние обеспечивает уникальные свойства материала.

Проведённые тесты показали, что новый углеродный материал способен улавливать углекислый газ почти в 2 раза эффективнее, чем традиционные активированные угли, причём 99% ёмкости достигается всего за 2 минуты. Также материал демонстрирует объёмную плотность энергии 60 ватт-часов на литр, что в 4 раза выше аналогичных коммерческих решений.

Исследование поддержали Министерство энергетики США и Национальный научный фонд, а также учёные из Греции. Новый подход может найти применение в создании сорбентов, катализаторов и материалов для суперконденсаторов, особенно в условиях, где требуется компактность.