L'immagine a sinistra mostra il film GO pulito, che si è disintegrato nell'acqua. Il film contaminato a destra rimane stabile.
Un team guidato dalla Northwestern University ha recentemente trovato la risposta a una misteriosa domanda che ha perplesso la comunità della scienza dei materiali per anni, e si è presentata sotto forma di una chimica sorprendentemente di base.
Come molti scienziati, Jiaxing Huang non capiva perché i film di ossido di grafene (GO) fossero altamente stabili in acqua. Quando sommerso, i singoli fogli GO si caricano negativamente e si respingono a vicenda, che dovrebbe causare la disintegrazione della membrana. Ma i documenti precedenti hanno notato che invece di disintegrarsi, i film si sono stabilizzati.
"Non ha alcun senso, " disse Huang, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering. "Molti scienziati sono rimasti molto perplessi da questo".
ossido di grafene, un prodotto dell'ossidazione della grafite, è spesso usato per fare il grafene, un foglio di carbonio spesso a strato singolo di atomo che è straordinariamente forte, leggero, e ha un alto potenziale nell'elettronica e nell'accumulo di energia. Negli ultimi tre anni, però, più scienziati si sono interessati al GO stesso, in parte a causa del suo potenziale per applicazioni di separazione molecolare.
Dopo aver studiato il materiale per molti anni, Huang si rese conto che il segreto della misteriosa insolubilità di GO era l'introduzione involontaria di un comune contaminante. Per fare un film GO, molti scienziati passano la dispersione acida dei singoli fogli attraverso dischi filtranti porosi in ossido di alluminio anodizzato, che sono comunemente usati per preparare membrane di molti nanomateriali. Il team di Huang ha scoperto che durante la filtrazione, i dischi del filtro in alluminio si corrodono in acqua acida per rilasciare un numero significativo di ioni di alluminio, Al 3+ . Lo ione caricato positivamente si lega ai fogli GO caricati negativamente per stabilizzare le membrane risultanti.
"Abbiamo risolto il puzzle utilizzando essenzialmente la chimica inorganica di livello matricola, " ha detto Huang. "Ora sappiamo che i film di ossido di grafene sono effettivamente solubili in acqua. È solo una questione di purezza del campione".
Altri ioni metallici multivalenti, come manganese, che è un sottoprodotto della sintesi di GO, può anche reticolare i fogli.
La ricerca di Huang è descritta in "Sull'origine della stabilità delle membrane di ossido di grafene nell'acqua, " pubblicato in Chimica della natura il 5 gennaio. Altri autori del documento includono lo studente laureato Che-Ning Yeh, postdoc Kalyan Raidongia, ex studente laureato in visita Jiaojing Shao, e l'ex consigliere di Shao Quan-Hong Yang dell'Università di Tianjin in Cina. La National Science Foundation e l'Office of Naval Research hanno finanziato diverse parti descritte nel documento.
La scoperta di Huang ha anche indicato che i film GO non sono così forti come pensavano una volta i ricercatori. Gli ioni di alluminio rendono il film molto più rigido. Senza gli ioni, GO è tre o quattro volte più debole.
"Questo è un campanello d'allarme per chiunque utilizzi dischi filtranti all'ossido di alluminio, " ha detto. "La gente lo ha usato per la preparazione del campione in molte aree della scienza dei materiali e della biologia. Ora sappiamo che non è così pulito come pensiamo".
