Ricercatori del Center for Multidimensional Carbon Materials, all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology ha rivelato un nuovo metodo per aggiungere gruppi chimici su (vale a dire, per "funzionalizzare") il grafene a strato singolo (SLG) e a doppio strato (BLG) adagiato su silice/silicio. Questo studio, recentemente pubblicato online su Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ) suggerisce anche come il grafene decorato funga da piattaforma per produrre materiali 2-D con nuove caratteristiche.

Un singolo strato di atomi di carbonio confezionati in un reticolo a nido d'ape, chiamato grafene, è uno dei materiali più versatili mai realizzati. La sua eccellente conducibilità termica ed elettrica, unito a leggerezza e robustezza, offrono interessanti possibilità per una varietà di funzioni utili.

Per ottimizzare le proprietà del grafene, l'uso di grafene funzionalizzato, cioè grafene decorato con altri gruppi chimici, ha suscitato un ampio interesse di ricerca. Tale grafene funzionalizzato potrebbe essere applicato ai transistor, sensori, supercondensatori, consegna farmaci, elettrodi flessibili e nanocompositi polimerici.

La funzionalizzazione di SLG su silice/silicio è stata precedentemente segnalata, ma quando viene utilizzato un BLG, la reazione risulta essere molto più complicata. BLG ha una reattività diversa perché due strati di grafene aderiscono l'uno all'altro attraverso le cosiddette forze di van der Waals, rendono il BLG più stabile chimicamente e persino non reattivo per alcune reazioni. Ulteriori aspetti affascinanti includono la reattività di ciascuno degli strati in BLG e altri fattori che possono influenzare la reazione.

Per confrontare e contrastare la reazione di SLG e BLG, il team ha prodotto campioni impeccabili di SLG e BLG e li ha resi più inclini a reagire immergendoli in una miscela di lega sodio-potassio (NaK) e una molecola di etere corona a forma di anello (15-corona-5) in tetraidrofurano (THF) . Questa soluzione forma uno ione sodio caricato negativamente (Na-), che riduce il grafene donandogli elettroni, e consente a SLG e BLG di reagire più facilmente con altre molecole.

Usando questa reazione, I ricercatori di IBS hanno dimostrato che sebbene BLG sia meno reattivo di SLG, entrambi possono essere funzionalizzati. Inoltre, utilizzando un BLG con uno strato di carbonio normale e un altro strato di carbonio marcato con isotopi di carbonio (13C), gli scienziati hanno chiarito che sia lo strato superiore che quello inferiore di grafene sono decorati.

Il team ha anche dimostrato che il grafene funzionalizzato può subire ulteriori reazioni chimiche con altre molecole, che difficilmente si legherebbe ad esso altrimenti per le condizioni di reazione utilizzate. Per esempio, il grafene funzionalizzato con 4-iodopiridina può poi reagire ulteriormente con il benzil bromuro. Questo è un approccio particolarmente interessante, poiché il grafene decorato con bromuro di benzile può essere utilizzato per i sensori e può essere decorato con più gruppi chimici, ampliando notevolmente il 'toolkit' di opzioni.

"Prevediamo che questo metodo e questa piattaforma contribuiranno ad ampliare la gamma di applicazioni del grafene, " commenta Rodney S. Ruoff, autore corrispondente dell'articolo.