Wetenschappers van de Universitat Politècnica de València (Polytechnische Universiteit van Valencia, UPV) en de Universiteit van Boekarest hebben een nieuw katalysatormateriaal ontwikkeld dat grafeen combineert met georiënteerde metalen nanodeeltjes voor organische reacties bij de productie van medicijnen en pesticiden. Afgezien van het materiaal zelf, de belangrijkste bijdrage ligt in het eenstapsproces waarmee het wordt verkregen.

"Het samenvoegen van deze twee componenten [het grafeen en de metalen nanodeeltjes] en tegelijkertijd ervoor zorgen dat de nanodeeltjes zich correct oriënteren, is een grote stap, en heeft een directe invloed op de efficiëntie en functionaliteit van het resulterende materiaal als katalysator. Vergeleken met de oplosbare metaalverbindingen die momenteel worden gebruikt, deze nieuwe katalysator is tussen de honderdduizend en een miljoen keer actiever", legt Hermenegildo García uit, onderzoeker aan het Instituto de Tecnología Química (Instituut voor Chemische Technologie), een gezamenlijk onderzoekscentrum gerund door UPV en de Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Science National Research Council, CSIC).

Om het belang van de eigenschappen van dit nieuwe materiaal te begrijpen, Hermenegildo García biedt een analogie voor het productieproces in één stap dat ze hebben ontwikkeld:het is alsof je "de straten en de gebouwen van een stad tegelijkertijd in de juiste lay-out kunt leggen. Het nieuwe materiaal is bevorderlijk voor de koppeling reacties die ons het medicijn en pesticide geven, waardoor bindingen gemakkelijk en efficiënt kunnen worden gemaakt." De reden hiervoor ligt in de optimale opstelling van de nanodeeltjes.

Het proces voor het verkrijgen van de grafeenfilm met georiënteerde nanodeeltjes begint met de zuivering van de grondstof:zeewier en garnalenschelpen. De natuurlijke biopolymeren worden vervolgens geïmpregneerd met metaalionen en gerangschikt als een film op een kwartsoppervlak, en het systeem wordt verwarmd tot hoge temperaturen van rond de 1200 graden. Onder deze voorwaarden, de biopolymeren worden omgezet in grafeen, terwijl de metalen de nanodeeltjes genereren die op de grafeenfilm worden afgezet.

"Voortgaand op de analogie van vroeger, het grafeen zou de straten zijn, die eerst worden gelegd, en vervolgens worden de metalen nanodeeltjes of gebouwen erop gerangschikt in een proces dat hun optimale oriëntatie bevordert. Dit maakt het resulterende materiaal efficiënter", concludeert García.

De volledige resultaten zijn te vinden in de recente paper van het internationale team, gepubliceerd in: Natuurcommunicatie .