Ricercatori dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), La Corea del Sud ha aperto la strada a un semplice, ma efficiente ed ecologico per produrre nanopiastrine di grafene (EFGnP) selettivamente funzionalizzate per Edge mediante macinazione a secco di grafite in presenza di vari gas.

L'attività elettrocatalitica dei nanomateriali a base di carbonio drogati con eteroatomi è diventata un interesse crescente negli ultimi anni a causa delle loro potenziali applicazioni per celle a combustibile e batterie metallo-aria.

Attualmente esistono diversi approcci per il drogaggio di eteroatomi nella struttura grafitica, ma questi soffrono di alti costi di produzione e difficoltà tecniche.

I ricercatori dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno escogitato un semplice, ma un'alternativa efficiente ed ecologica che vede la produzione di nanopiastrine di grafene (EFGnPs) selettivamente funzionalizzate sui bordi tramite una grafite di macinazione a palle a secco in presenza di vari gas. Il mulino a palle a secco è effettivamente un tipo di smerigliatrice, tradizionalmente utilizzato per macinare i minerali, prodotti chimici e altre materie prime in polvere fine. Può essere utilizzato anche a livello atomico, come nel caso della produzione di EFGnP.

A causa della versatilità delle reazioni meccanochimiche guidate dalla macinazione a sfere, vari gruppi funzionali potrebbero essere introdotti ai bordi rotti delle nanopiastrine di grafene (GnPs) in presenza di vapori chimici appropriati, liquidi, o solidi nel frantoio a palle.

Il meccanismo di funzionalizzazione selettiva dei bordi nel processo di macinazione a sfere comporta la reazione tra specie reattive di carbonio generate da una scissione meccanochimica di legami CC grafitici e gas in un frantoio a sfere sigillato. Le specie di carbone attivo dormienti, che rimangono non reattivi nel frantoio, potrebbe essere interrotto dalla successiva esposizione all'umidità dell'aria. Di conseguenza, alcuni gruppi ossigenati, come idrossile (-OH) e acido carbossilico (-COOH), possono essere introdotti ai bordi rotti degli EFGnP preformati con una minima distorsione del piano basale.

Un microscopio elettronico a scansione (SEM) viene utilizzato per dimostrare il cracking meccanochimico di un pezzo di grafite di grandi dimensioni in un piccolo granulo di EFGnP. A causa della reazione tra le specie di carbonio attivo di nuova formazione ai bordi spezzati dei GnP e i gas corrispondenti, si è riscontrato che la macinazione a sfere e le successive procedure di lavorazione aumentano il peso di tutti gli EFGnP risultanti rispetto al materiale di partenza di grafite. Questi risultati hanno indicato che la funzionalizzazione meccanochimica della grafite era efficiente. Gli EFGnP risultanti sono sufficientemente attivi per la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) nelle celle a combustibile, e quindi faranno passare in secondo piano i costosi elettrocatalizzatori a base di platino (Pt).

Jong-Beom Baek, professore e direttore della Scuola interdisciplinare di Green Energy/Low-Dimensional Carbon Materials Center presso l'UNIST ha commentato:

"Abbiamo sviluppato un semplice, ma versatile processo di macinazione a sfere per esfoliare in modo efficiente la grafite incontaminata direttamente negli EFGnP. Sono state eseguite varie misurazioni microscopiche e spettroscopiche per confermare i meccanismi di reazione per la funzionalizzazione del bordo della grafite mediante macinazione a sfere in presenza di gas corrispondenti e le loro attività spettrocatalitiche superiori dell'ORR, " ha detto il prof. Baek.