Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Zuid-Korea heeft een eenvoudige, maar efficiënte en milieuvriendelijke manier om Edge-selectief gefunctionaliseerde grafeen-nanoplaatjes (EFGnP's) te produceren door grafiet droog te malen in de aanwezigheid van verschillende gassen.

De elektrokatalytische activiteit van met heteroatomen gedoteerde op koolstof gebaseerde nanomaterialen is de afgelopen jaren een groeiende belangstelling geworden vanwege hun potentiële toepassingen voor brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen.

Er bestaan ​​momenteel verschillende benaderingen voor het doteren van heteroatomen in de grafietstructuur, maar deze lijden aan hoge fabricagekosten en technische moeilijkheden.

Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hebben een eenvoudig, maar efficiënt en milieuvriendelijk alternatief dat de productie van edge-selectief gefunctionaliseerde grafeen-nanoplaatjes (EFGnP's) ziet via een droge kogelfreesgrafiet in de aanwezigheid van verschillende gassen. De droge kogelmolen is in feite een soort molen, traditioneel gebruikt om ertsen te malen, chemicaliën en andere grondstoffen tot fijn poeder. Het kan ook op atomair niveau worden gebruikt, zoals het geval is bij het produceren van EFGnP's.

Vanwege de veelzijdigheid van mechanochemische reacties aangedreven door kogelfrezen, verschillende functionele groepen kunnen worden geïntroduceerd aan de gebroken randen van grafeen-nanoplaatjes (GnP's) in aanwezigheid van geschikte chemische dampen, vloeistoffen, of vaste stoffen in de kogelmolenbreker.

Het mechanisme van edge-selectieve functionalisering in het kogelmolenproces omvat de reactie tussen reactieve koolstofsoorten die worden gegenereerd door een mechanochemische splitsing van grafitische CC-bindingen en gassen in een afgesloten kogelmolenbreker. De slapende actieve koolsoorten, die niet-reactief blijven in de breker, kan worden beëindigd door latere blootstelling aan luchtvochtigheid. Als resultaat, sommige zuurstofrijke groepen, zoals hydroxyl (-OH) en carbonzuur (-COOH), kan worden geïntroduceerd aan de gebroken randen van de voorgevormde EFGnP's met minimale basaalvlakvervorming.

Een scanning elektronenmicroscoop (SEM) wordt gebruikt om het mechanochemisch kraken van een stuk grafiet ter grootte van een grote korrel tot een kleine korrel van EFGnP's aan te tonen. Door de reactie tussen de nieuw gevormde actieve koolsoorten aan de gebroken randen van de GnP's en overeenkomstige gassen, het kogelmalen en de daaropvolgende opwerkprocedures bleken het gewicht van alle resulterende EFGnP's te verhogen met betrekking tot het grafietuitgangsmateriaal. Deze resultaten gaven aan dat de mechanochemische functionalisering van grafiet efficiënt was. De resulterende EFGnP's zijn actief genoeg voor de zuurstofreductiereactie (ORR) in brandstofcellen, en daarom zullen ze dure op platina (Pt) gebaseerde elektrokatalysatoren maken om op de achtergrond te blijven.

Jong Beom Baek, professor en directeur van de Interdisciplinaire School of Green Energy/Low-Dimensional Carbon Materials Center van UNIST merkte op:

"We hebben een eenvoudige, maar veelzijdig kogelfreesproces om het ongerepte grafiet efficiënt rechtstreeks in EFGnP's te exfoliëren. Verschillende microscopische en spectroscopische metingen werden uitgevoerd om de reactiemechanismen voor de edge-functionalisatie van grafiet door kogelmalen in aanwezigheid van overeenkomstige gassen en hun superieure slectrokatalytische activiteiten van de ORR te bevestigen, " zei prof. Baek.