Gli scienziati del riso hanno trovato un modo per sintetizzare l'ossido di grafene alla rinfusa in modo ecologico, eliminando dal processo sostanze chimiche tossiche ed esplosive. Hanno anche scoperto che una classe di batteri comuni scompone l'ossido di grafene in grafene rispettoso dell'ambiente.

"Possiamo crearti e possiamo distruggerti." Se gli scienziati della Rice University scrivessero canzoni country, il loro inno all'ossido di grafene darebbe inizio a qualcosa del genere. Ma questa canzone non spezzerebbe il cuore di nessuno.

Un nuovo documento del laboratorio del chimico della Rice James Tour dimostra un modo ecologico per produrre grandi quantità di ossido di grafene (GO), una versione isolante del grafene dello spessore di un singolo atomo che dovrebbe trovare impiego in tutti i tipi di materiali e applicazioni elettroniche.

Un secondo articolo di Tour e Andreas Lüttge, un professore di scienze della terra e chimica del riso, mostra come il GO viene scomposto da batteri comuni che lasciano dietro di sé solo sostanze innocue, grafite naturale.

Il pugno uno-due appare online questa settimana sul diario

"Questi sono i pilastri che rendono pratica la produzione di ossido di grafene, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica. Il processo produttivo GO è stato sviluppato nell'ambito di un progetto di ricerca con M-I SWACO, un produttore con sede a Houston di fluidi di perforazione per l'industria petrolchimica che spera di utilizzare il grafene per migliorare la produttività dei pozzi. (Leggi a riguardo qui.)

Gli scienziati producono GO dal 19° secolo, ma il nuovo processo elimina un ostacolo significativo alla produzione in serie, Tour ha detto. "La gente usava clorato di potassio o nitrati di sodio che rilasciano gas tossici - uno dei quali, biossido di cloro, è esplosivo, " ha detto. "I produttori sono sempre riluttanti ad andare su larga scala con qualsiasi processo che generi intermedi esplosivi".

Tour e i suoi colleghi hanno utilizzato un processo simile a quello impiegato per decomprimere i nanotubi a parete multipla in nanonastri di grafene, come descritto in un articolo su Nature l'anno scorso. Lavorano scaglie di grafite - mina di matita - con permanganato di potassio, acido solforico e acido fosforico, tutto comune, prodotti chimici poco costosi.

"Molte aziende hanno iniziato a produrre grafene e ossido di grafene, e penso che sarà molto difficile trovare una procedura più economica che sia così efficiente, sicura e rispettosa dell'ambiente, " Disse Giro.

I ricercatori hanno suggerito che il prodotto solubile in acqua potrebbe trovare impiego nei polimeri, ceramiche e metalli, come film sottili per l'elettronica, come dispositivi per la somministrazione di farmaci e per lo stoccaggio dell'idrogeno, così come per il recupero di petrolio e gas.

Sebbene GO sia un isolante naturale, potrebbe essere chimicamente ridotto a conduttore o semiconduttore, anche se non senza difetti, Tour ha detto.

Con così tanti potenziali percorsi nell'ambiente, il destino dei nanomateriali GO riguardava Tour, che ha chiesto consiglio al collega di Rice Lüttge.

Luttge e Everett Salas, un ricercatore post-dottorato nel suo laboratorio e autore principale del secondo articolo, aveva già studiato gli effetti dei batteri sul carbonio, quindi è stato semplice spostare la loro attenzione su GO. Hanno scoperto che i batteri del genere Shewanella convertono facilmente il GO in innocuo grafene. Il grafene quindi si impila in grafite.

"Questo è un grande vantaggio per il nano verde, perché questi batteri onnipresenti stanno rapidamente convertendo il GO in un minerale rispettoso dell'ambiente, " Disse Giro.

Essenzialmente, Salas ha detto, Shewanella ha scoperto come "respirare" gli ossidi di metalli solidi. "Questi batteri si sono rovesciati. Quando respiriamo ossigeno, le reazioni avvengono all'interno delle nostre cellule. Questi microbi hanno preso quei componenti e li hanno messi all'esterno delle loro cellule".

È questa capacità che consente loro di ridurre il GO in grafene. "E' un meccanismo che non capiamo del tutto perché fino a pochi mesi fa non sapevamo che fosse possibile, " ha detto del processo in relazione a GO.

La migliore notizia di tutte, Luttge ha detto, è che questi batteri che riducono i metalli "si trovano praticamente ovunque, quindi non ci sarà bisogno di 'inoculare' l'ambiente con loro, " ha detto. "Questi batteri sono stati isolati da ogni ambiente immaginabile - laghi, il fondo del mare, fango di fiume, l'oceano aperto, salamoie petrolifere e persino miniere di uranio".

Ha detto che anche i microbi trasformano il ferro, cromo, composti di uranio e arsenico in minerali "per lo più benigni". "A causa di ciò, stanno svolgendo un ruolo importante negli sforzi per sviluppare tecnologie di biorisanamento basate sui batteri".

Lüttge prevede che la scoperta porterà ad altre tecnologie pratiche. Il suo laboratorio sta studiando l'interazione tra batteri ed elettrodi di grafite per sviluppare celle a combustibile alimentate da microbi, in collaborazione con l'Ufficio per la Ricerca Scientifica dell'Aeronautica Militare e la sua Iniziativa di Ricerca Universitaria Multidisciplinare (MURI).