Het Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), samen met andere financiers, hielp een onderzoeksteam van Rice University om grafeen geschikt te maken voor een verscheidenheid aan organische chemietoepassingen, vooral de belofte van geavanceerde chemische sensoren, elektronische schakelingen en metamaterialen op nanoschaal.

Sinds Andre Geim en Konstantin Novoselov van de Universiteit van Manchester in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde ontvingen voor hun baanbrekende grafeenexperimenten, er is een explosie van grafeengerelateerde ontdekkingen geweest; maar er werden al tientallen jaren met grafeen geëxperimenteerd en veel ultieme doorbraken in verband met grafeen waren al in volle gang in verschillende laboratoria toen het Nobelcomité de betekenis van dit nieuwe wondermateriaal erkende.

En zo'n laboratorium was dat van Dr. James Tour in Rice, wiens team een ​​manier vond om verschillende organische moleculen te hechten aan vellen grafeen, waardoor het geschikt is voor een reeks nieuwe toepassingen. Beginnend met het tweedimensionale honingraatrooster van koolstofatomen op atomaire schaal, het Rice-team bouwde voort op eerdere ontdekkingen van de grafeengemeenschap om de éénbladstructuur van grafeen om te zetten in een superrooster.

Hoewel koolstof een sleutelrol speelt in de meeste organische chemische reacties, grafeen vormt een probleem omdat het een inerte rol speelt en niet reageert op organische chemische reacties. Het Rice-team loste dit dilemma op door grafeen te behandelen met waterstof. Dit klassieke hydrogeneringsproces herstructureerde het grafeenhoningraatrooster tot een tweedimensionaal, halfgeleidend superrooster, grafaan genaamd.

Het hydrogeneringsproces kan vervolgens worden aangepast om bepaalde patronen in het superrooster te maken, gevolgd door de bevestiging van missiespecifieke moleculen aan de plaats waar die waterstofmoleculen zich bevinden. Deze missiespecifieke moleculaire katalysatoren zorgen voor de mogelijkheid van een breed scala aan functionaliteit. Ze kunnen niet alleen worden gebruikt als basis voor het creëren van op grafeen gebaseerde organische chemie, maar op maat gemaakt voor elektronica en optische toepassingen, evenals nieuwe soorten metamaterialen voor nano-engineering van zeer efficiënte thermo-elektrische apparaten en sensoren voor verschillende chemicaliën of pathogenen. Het mooie van dit proces is de belofte die het inhoudt voor toekomstige apparaten met de mogelijkheid om een ​​breed scala aan zeer geavanceerde functies efficiënt te vervullen in één klein betaalbaar apparaat.

Dr. Charles Lee, de AFOSR-programmamanager die dit onderzoek financierde, merkt op dat grafeenchemie in het algemeen slimme materialen voor veel speciale toepassingen mogelijk kan maken en dat deze laatste inspanning in het bijzonder kan bijdragen aan toekomstige elektronische toepassingen en een manier kan zijn om tot snellere en minder energieverbruikende elektronica te komen.