سنتز کربن فوقخلخل با واکنشهای هایپرگولیک ذخیره انرژی و جذب CO₂ شکنی, دانشمندان دانشگاه کرنل با الهام از واکنشهای شیمیایی کهنهکار در موتورهای موشکی، روشی نوین برای تولید مواد کربنی با تخلخل بیسابقه ارائه کردهاند.

این پیشرفت میتواند مسیر ذخیرهسازی انرژی و جداسازی دیاکسید کربن را دگرگون سازد.\از موتور موشک تا آزمایشگاه نانوتکنولوژیواکنشهای هایپرگولیک سالهاست که به عنوان بستر سوختدهی موشکها و کاوشگرهای فضایی شناخته میشوند. در این فرآیند، تماس دو ماده —معمولاً یک سوخت و یک اکسیدکننده— بلافاصله و با شدت بالا انرژی آزاد میکند.

نیکولاس چالمپس، محقق پسادکتری دانشگاه کرنل، این مکانیزم را به سمت سنتز نانوساختارهای کربنی هدایت کرد تا تخلخل و مساحت ویژه ماده را به حداکثر برساند.\یک زمین فوتبال در یک قاشق چایخورینتیجه تلاشهای تیم تحقیقاتی، به رهبری چالمپس و استاد عمانوئل جیانلیس، تولید کربنی بود که مساحت ویژهی ۴۸۰۰ مترمربع در گرم دارد. به بیان محققان، این میزان تقریبا معادل پهنهی یک زمین فوتبال است که بر روی یک قاشق چایخوری قرار گرفته باشد.

بر اساس مقاله منتشرشده در مجله ACS، این بالاترین مقدار گزارششده در ادبیات علمی تا به امروز است.\راز ساختاری حلقههای پنج عضوی کربنمکانیزم کلیدی، شکلگیری لولههای کربنی با غلظت بالا از حلقههای مولکولی پنج اتمی (پنتاگون) به جای هگزاگونهای شایع ششاتمی است. این تغییر زاویه پیوندها، پایداری حرارتی و مکانیکی لولهها را به شدت افزایش میدهد.

لولهها در امتداد یک قالب خودسازمانیافته چیده شده و سپس با هیدروکسید پتاسیم ử ý میشوند تا ساختارهای ناپایدار حذف و هزاران منافذ میکروسکوپی ایجاد گردند.\عملکرد بینظیر در جذب CO₂ و ذخیره انرژیآزمایشهای گازی نشان داد که این ماده تنها در دو دقیقه ۹۹ درصد از ظرفیت جذب دیاکسید کربن خود را به دست میآورد — تقریباً دو برابر کارایی کربنهای فعال تجاری.

همچنین چگالی انرژی حجمی ۶۰ واتساعت بر لیتر و ظرفیت ذخیرهسازی انرژی چهارگانهی نمونههای مرجع گزارش شده است.\استراتژی نوین برای مواد کاربری-محورچالمپس تأکید میکند که این رویکرد استراتژی جانشینی برای طراحی مواد کربنی به در کاربردهایی که کارایی فضایی اولویت دارد، فراهم میآورد. پتانسیلهای تجاری شامل سوپرکاپاسیتورهای فشرده، سیستمهای تصفیه گازهای صنعتی و واحدهای جذب مستقیم CO₂ از جو است.