La prospettiva di trasformare il carbone in particelle fluorescenti può sembrare troppo bella per essere vera, ma la possibilità esiste, grazie agli scienziati della Rice University.

Il laboratorio Rice del chimico James Tour ha trovato metodi semplici per ridurre tre tipi di carbone in punti quantici di grafene (GQD), dischi microscopici di ossido di grafene dello spessore di un atomo che potrebbero essere utilizzati nell'imaging medico e nel rilevamento, applicazioni elettroniche e fotovoltaiche.

Il ritrovamento è stato riportato oggi sul giornale Comunicazioni sulla natura .

I gap di banda determinano come un materiale semiconduttore trasporta una corrente elettrica. Nei punti quantici, i band gap sono responsabili della loro fluorescenza e possono essere regolati modificando la dimensione dei punti. Il processo di Tour e compagnia consente una misura di controllo sulla loro dimensione, generalmente da 2 a 20 nanometri, a seconda della provenienza del carbone.

Ci sono molti modi per creare GQD ora, ma la maggior parte sono costosi e producono quantità molto piccole, Tour ha detto. Sebbene un altro laboratorio della Rice abbia trovato un modo l'anno scorso per produrre GQD da fibra di carbonio relativamente economica, il carbone promette maggiori quantità di GQD rese ancora più economiche in un unico passaggio chimico, Egli ha detto.

"Volevamo vedere cosa c'è nel carbone che potrebbe essere interessante, quindi lo sottoponiamo a una procedura di ossidazione molto semplice, " Tour ha spiegato. Ciò ha comportato la frantumazione del carbone e il bagno in soluzioni acide per rompere i legami che tengono insieme i minuscoli domini di grafene.

"Non puoi semplicemente prendere un pezzo di grafene e tritarlo facilmente così piccolo, " Egli ha detto.

Il tour è dipeso dal laboratorio del chimico del riso e coautore Angel Martí per aiutare a caratterizzare il prodotto. Si è scoperto che diversi tipi di carbone producevano diversi tipi di punti. GQD sono stati derivati ​​da carbone bituminoso, antracite e coca cola, un sottoprodotto della raffinazione del petrolio.

I carboni sono stati sonicati ciascuno in acido nitrico e solforico e riscaldati per 24 ore. Il carbone bituminoso ha prodotto GQD di larghezza compresa tra 2 e 4 nanometri. La cocaina ha prodotto GQD tra 4 e 8 nanometri, e antracite realizzate strutture impilate da 18 a 40 nanometri, con piccoli strati rotondi in cima più grandi, strati più sottili. (Solo per vedere cosa sarebbe successo, i ricercatori hanno trattato i fiocchi di grafite con lo stesso processo e hanno ottenuto fiocchi di grafite per lo più più piccoli.)

Tour ha detto che i punti sono solubili in acqua, e i primi test hanno dimostrato che non sono tossici. Ciò offre la promessa che i GQD possono fungere da antiossidanti efficaci, Egli ha detto.

Anche l'imaging medico potrebbe trarre grandi vantaggi, poiché i punti mostrano prestazioni robuste come agenti fluorescenti.

"Uno dei problemi con le sonde standard nella spettroscopia fluorescente è che quando le carichi in una cella e le colpisci con laser ad alta potenza, li vedi da una frazione di secondo a più di qualche secondo, e basta, " Martí ha detto. "Sono ancora lì, ma sono stati foto-sbiancati. Non emettono più fluorescenza".

I test nel laboratorio Martí hanno mostrato che i GQD resistono allo sbiancamento. Dopo ore di eccitazione, Martì ha detto, la risposta fotoluminescente dei GQD di origine carbone è stata appena influenzata.

Ciò potrebbe renderli adatti all'uso negli organismi viventi. "Perché sono così stabili, potrebbero teoricamente rendere l'imaging più efficiente, " Egli ha detto.

Un piccolo cambiamento nella dimensione di un punto quantico - anche una frazione di nanometro - cambia le sue lunghezze d'onda fluorescenti di un fattore misurabile, e questo si è dimostrato vero per i GQD di origine carbone, ha detto Martì.

Anche il basso costo sarà un pareggio, secondo Tour. "La grafite è $ 2, 000 a tonnellata per il meglio che c'è, dal Regno Unito, " ha detto. "La grafite più economica è di $ 800 a tonnellata dalla Cina. E il carbone costa dai 10 ai 60 dollari a tonnellata.

"Il carbone è il materiale più economico che puoi ottenere per la produzione di GQD, e abbiamo scoperto che possiamo ottenere un rendimento del 20 percento. Quindi questa scoperta può davvero cambiare l'industria dei punti quantici. Mostrerà al mondo che all'interno del carbone ci sono queste strutture molto interessanti che hanno un valore reale".