Chemici van Rice University die een unieke vorm van grafeen hebben ontwikkeld, hebben een manier gevonden om metalen nanodeeltjes in te bedden die het materiaal veranderen in een bruikbare katalysator voor brandstofcellen en andere toepassingen.

Laser-geïnduceerd grafeen, gemaakt door het Rice lab van scheikundige James Tour vorig jaar, is een flexibele film met een oppervlak van poreus grafeen, gemaakt door een gewone kunststof, bekend als polyimide, bloot te stellen aan een commerciële laserstralende bundel. De onderzoekers hebben nu een manier gevonden om het product te versterken met reactieve metalen.

Het onderzoek verschijnt deze maand in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Met de ontdekking, het materiaal dat de onderzoekers "metaaloxide-laser-geïnduceerd grafeen" (MO-LIG) noemen, wordt een nieuwe kandidaat om dure metalen zoals platina te vervangen in katalytische brandstofceltoepassingen waarin zuurstof en waterstof worden omgezet in water en elektriciteit.

"Het mooie van dit proces is dat we commerciële polymeren kunnen gebruiken, met eenvoudige goedkope metaalzouten toegevoegd, " zei Tour. "We onderwerpen ze vervolgens aan de commerciële laserschrijver, die metalen nanodeeltjes genereert die zijn ingebed in grafeen. Zoveel van de chemie wordt gedaan door de laser, die grafeen genereert in de open lucht bij kamertemperatuur.

"Deze composieten, die minder dan 1 procent metaal bevatten, reageren als 'superkatalysatoren' voor brandstofceltoepassingen. Andere methoden om dit te doen, nemen veel meer stappen en vereisen dure metalen en dure koolstofprecursoren."

aanvankelijk, de onderzoekers maakten lasergeïnduceerd grafeen met commercieel verkrijgbare polyimideplaten. Later, ze infuseerden vloeibaar polyimide met boor om door laser geïnduceerd grafeen te produceren met een sterk verhoogde capaciteit om een ​​elektrische lading op te slaan, waardoor het een effectieve supercondensator werd.

Voor de laatste iteratie, ze mengden de vloeistof en een van de drie concentraties die kobalt bevatten, ijzer- of molybdeenmetaalzouten. Na het condenseren van elk mengsel tot een film, ze behandelden het met een infraroodlaser en verhitten het vervolgens een half uur in argongas op 750 graden Celsius.

Dat proces leverde robuuste MO-LIG's op met metalen, Deeltjes van 10 nanometer verspreiden zich gelijkmatig door het grafeen. Tests toonden hun vermogen om zuurstofreductie te katalyseren, een essentiële chemische reactie in brandstofcellen. Verdere dotering van het materiaal met zwavel zorgde voor waterstofontwikkeling, een ander katalytisch proces dat water omzet in waterstof, zei toer.

"Opmerkelijk, eenvoudige behandeling van de grafeen-molybdeenoxiden met zwavel, die de metaaloxiden omzet in metaalsulfiden, leverde een waterstofontwikkelingsreactiekatalysator op, het brede nut van deze benadering onderstrepen, " hij zei.