I chimici della Rice University che hanno sviluppato una forma unica di grafene hanno trovato un modo per incorporare nanoparticelle metalliche che trasformano il materiale in un utile catalizzatore per celle a combustibile e altre applicazioni.

Grafene indotto dal laser, creato dal laboratorio Rice del chimico James Tour l'anno scorso, è una pellicola flessibile con una superficie di grafene porosa realizzata esponendo una plastica comune nota come poliimmide a un raggio di incisione laser commerciale. I ricercatori hanno ora trovato un modo per migliorare il prodotto con metalli reattivi.

La ricerca appare questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

Con la scoperta, il materiale che i ricercatori chiamano "grafene indotto da ossido di metallo-laser" (MO-LIG) diventa un nuovo candidato per sostituire metalli costosi come il platino nelle applicazioni catalitiche delle celle a combustibile in cui ossigeno e idrogeno vengono convertiti in acqua ed elettricità.

"La cosa meravigliosa di questo processo è che possiamo usare polimeri commerciali, con semplici sali metallici poco costosi aggiunti, " Tour ha detto. "Quindi li sottoponiamo al laser scriber commerciale, che genera nanoparticelle metalliche incorporate nel grafene. Gran parte della chimica è fatta dal laser, che genera grafene all'aria aperta a temperatura ambiente.

"Questi composti, che hanno meno dell'1% di metallo, rispondono come "supercatalizzatori" per applicazioni di celle a combustibile. Altri metodi per farlo richiedono molti più passaggi e richiedono metalli costosi e costosi precursori del carbonio".

Inizialmente, i ricercatori hanno realizzato grafene indotto dal laser con fogli di poliimmide disponibili in commercio. Dopo, hanno infuso poliimmide liquida con boro per produrre grafene indotto dal laser con una capacità notevolmente aumentata di immagazzinare una carica elettrica, che lo ha reso un supercondensatore efficace.

Per l'ultima iterazione, hanno mescolato il liquido e una delle tre concentrazioni contenenti cobalto, sali metallici di ferro o molibdeno. Dopo aver condensato ogni miscela in un film, lo hanno trattato con un laser a infrarossi e poi lo hanno riscaldato in gas argon per mezz'ora a 750 gradi Celsius.

Quel processo ha prodotto robusti MO-LIG con metallo, Le particelle di 10 nanometri si diffondono uniformemente attraverso il grafene. I test hanno mostrato la loro capacità di catalizzare la riduzione dell'ossigeno, una reazione chimica essenziale nelle celle a combustibile. L'ulteriore drogaggio del materiale con zolfo ha consentito l'evoluzione dell'idrogeno, un altro processo catalitico che converte l'acqua in idrogeno, Tour ha detto.

"Sorprendentemente, semplice trattamento degli ossidi di grafene-molibdeno con zolfo, che converte gli ossidi metallici in solfuri metallici, fornito un catalizzatore di reazione di evoluzione dell'idrogeno, sottolineando l'ampia utilità di questo approccio, " Egli ha detto.