Il grafene - atomi di carbonio confezionati in un reticolo a nido d'ape - mostra eccezionali proprietà fisiche ed elettroniche non presenti nei materiali convenzionali. Decorare la superficie del grafene con nanoparticelle può migliorare ulteriormente le prestazioni del materiale, ma la tecnica di fabbricazione non è priva di sfide. Verawati Tjoa e colleghi dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e della Nanyang Technological University hanno ora dimostrato un modo semplice per decorare la superficie del grafene con nanoparticelle d'oro. Il materiale risultante è più sensibile e versatile del grafene non decorato per il rilevamento di gas.

Sebbene il grafene di elevata purezza sia ottenibile attraverso l'esfoliazione meccanica di grafite di alta qualità, questo metodo non è adatto per applicazioni su larga scala. Tjoa e il suo team hanno concentrato la loro attenzione sull'ossido di grafene ridotto (rGO), che è molto più accessibile e pratico per le applicazioni, e ha studiato come attaccare le nanoparticelle d'oro può influenzare le proprietà fisiche del materiale. Hanno ottenuto fogli di ossido di grafene ridotto (Au-rGO) decorati in oro immergendo fogli di ossido di grafene in acido cloroaurico prima della riduzione chimica.

La formazione di nanoparticelle metalliche è stata effettivamente segnalata in precedenza, ma come spiega Tjoa “[questo lavoro] è il primo del suo genere a studiare le proprietà elettroniche di questi sistemi”. La caratterizzazione elettrica mostra immediatamente che l'Au-rGO è drogato positivamente e ha una conduttività inferiore rispetto a rGO. La minore conduttività è probabilmente dovuta alla dispersione delle cariche sulle nanoparticelle metalliche. Il drogaggio positivo può essere attribuito al trasferimento di elettroni dall'ossido di grafene al sale metallico durante la formazione delle nanoparticelle d'oro, come è stato confermato attraverso esperimenti di spettroscopia Raman.

I ricercatori hanno trovato risultati interessanti quando hanno esposto gli strati Au-rGO a vari gas. Nel caso dell'acido solfidrico, un gas che funge da donatore di elettroni, la conduttività degli strati Au-rGO ha mostrato una forte riduzione, indicando l'iniezione di elettroni al foglio, che a sua volta porta ad un minor numero di fori di conduzione. Questa modulazione di corrente sotto esposizione all'idrogeno solforato è significativa poiché il grafene non modificato è sensibile ai gas ossidanti come il biossido di azoto, ma non a gas tossici come l'acido solfidrico. La sensibilità è maggiore anche quando sono presenti nanoparticelle d'oro, in quanto consentono l'iniezione di fori extra nel piano rGO, con conseguente maggiore conduttività. I ricercatori hanno anche condotto ulteriori esperimenti con rGO decorato con argento, ottenendo risultati qualitativamente simili.

La sensibilità del materiale decorato con nanoparticelle può essere regolata modificando il numero di nanoparticelle attaccate. "Questo lavoro è la prima dimostrazione di come l'introduzione di nanoparticelle metalliche potrebbe portare a nuove capacità di rilevamento nel grafene, "dice Tjoa.