En este proyecto se sintetiza un híbribo sin costuras de grafeno y nanotubos de carbono por deposición química de vapores (CVD) en las instalaciones del Instituto Tecnológico. Esta metodología de síntesis fue desarrollada inicialmente en el Laboratorio del Dr. Ashok Mulchandani de la Universidad de California Riverside, donde la Dra. Villarreal hizo su doctorado, y posteriormente fueron adaptadas a las capacidades de equipo de Costa Rica. El principal cambio realizado a la metodología está en la deposición de las nanopartículas catalíticas sobre grafeno para el crecimiento de los CNTs, que en UC Riverside se realizaba por evaporación por haz de electrones, un equipo costoso y que se debe mantener en atmósferas controladas. El grupo de Biotrónica cambió esta etapa por pirolisis por aspersión, una técnica que utiliza un aspersor a presión y deposita sobre grafeno caliente una solución de sales de Ni o Fe, simplificando el proceso y haciéndolo más accesible a regiones con menos recursos.

Se sintetizó exitosamente grafeno de pocas capas por CVD, aproximadamente 5 capas, lo cual se comprobó por espectroscopía Raman y microscopía TEM, logrando una resolución atómica de la red hexagonal del grafeno y de las 5 capas atómicas. Las nanopartículas de Fe y Ni se depositaron por pirolisis por aspersión y observaron por TEM y AFM con diámetros de decenas de nanómetros, y se obtuvieron difracciones de electrones que permiten identificar posibles compuestos de óxidos de Fe y Ni que se formaron. El grafeno con NPs catalíticas se utilizó para crecer por CVD los CNTs y se lograron observar nanotubos de diferente morfología y punta cerrada, que crecían a partir de las nanopartículas. En ambos casos se produjeron CNTs multicapa, los de Fe son curvos con diámetros de 13 nm y 11 capas en promedio, mientras que los de Ni son rectos con diámetros de 8 nm y 9 capas en promedio. Este material se aplicó para baterías de aluminio y se obtuvieron celdas con un voltaje cercano a 1V. Se proponen experimentos para variar las propiedades de los CNT y mejorar el desempeño de la batería.

En este proyecto, se sintetizan nanobarras de TiO2 en un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) mediante un método hidrotermal utilizando TBOT, H2O y HCl como precursor de titanio, fuente de oxígeno e inhibidores, respectivamente. Además, se realiza un proceso de optimización de las variables del proceso de síntesis para poder obtener un mayor espaciamiento entre nanobarras para así mejorar el funcionamiento de las celdas biofotovoltaicas. Por lo que las nanobarras sintetizadas se caracterizan por difracción de rayos X (XRD) para así confirmar la presencia de nanobarras de anatasa TiO2. Además, se realizan un análisis con microscopio electrónico de barrido (SEM) para estudiar la morfología de la superficie de las muestras, y también por medio de microscopía electrónica de transmisión (TEM) para así determinar la longitud de las nanobarras.