Een milieuvriendelijke, efficiënte en goedkope methode voor hydrogenering van grafeen met zichtbaar licht is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Uppsala en AstraZeneca Gothenburg, Zweden. Het onderzoek wordt gepresenteerd in een artikel in Natuurcommunicatie .

Het onderzoek laat zien dat het tweedimensionale en atoomdunne koolstofmateriaal grafeen bij bestraling met zichtbaar licht reageert met mierenzuur in een waterige oplossing. In de reactie, mierenzuur werkt als gemaskeerde waterstof en er wordt een materiaal geproduceerd waar waterstof uitgebreid aan grafeen is toegevoegd. Men zegt dat grafeen is gehydrogeneerd. Het onderzoek is uitgevoerd door Assoc. De onderzoeksgroep van prof. Henrik Ottosson bij de afdeling Chemie – Ångström Laboratory, samen met collega's in de chemie, Natuurkunde en techniek aan de Universiteit van Uppsala en aan AstraZeneca Göteborg.

"De reactie is handig en goedkoop, en gehydrogeneerd grafeen kan worden toegepast in gebieden zoals waterstofopslag. Aanvullend, bij functionalisering van grafeen kan men een band gap openen en dit feit is van groot belang voor elektronicatoepassingen, ", zegt Henrik Ottosson.

Nog, grafeenonderzoek is een nevenproject in de groep van Henrik Ottosson. De groep bestudeert normaal gesproken het gedrag van verschillende aromatische koolwaterstoffen bij bestraling, en ze passen een regel toe, de zogenaamde regel van Baird, die kan worden afgeleid door middel van chemisch toegepaste kwantummechanica.

Chemische verbindingen die aromatisch zijn, hebben een inherent hoge stabiliteit en zijn vaak niet gemakkelijk afbreekbaar. Benzeen is de meest bekende aromatische verbinding en meer dan de helft van alle bekende chemische verbindingen bevat aromatische groepen.

De hoge stabiliteit van aromatische verbindingen wordt verklaard door Hückel's "4n+2" regel, maar deze regel is alleen geldig voor verbindingen in hun elektronische grondtoestanden. Bij blootstelling aan licht van een bepaalde golflengte, de aromatische verbindingen bereiken elektronisch aangeslagen toestanden. Volgens Baird, verbindingen die aromatisch zijn in de grondtoestand, worden anti-aromatisch en reactief in de aangeslagen toestand. De regel, tientallen jaren verwaarloosd, kan nu worden gebruikt om verschillende gedragingen van aromatische verbindingen te beschrijven wanneer ze worden bestraald.

Met behulp van de regel van Baird, De groep van Henrik Ottosson ontwikkelt nieuwe door licht geïnitieerde reacties. Eerst, ze bestudeerden de toevoeging van hydrosilanen aan benzenen, naftaleen en geleidelijk grotere polycyclische aromatische koolwaterstoffen (hydrosilanen zijn verbindingen die als zware analogen van waterstof kunnen worden beschouwd). Ondanks het feit dat het niet mogelijk is om uit te leggen of, en hoe, De regel van Baird kan worden toegepast op grafeen (een in wezen oneindig grote polycyclische aromatische koolwaterstof), de groep onderzocht de chemie van grafeen en vond een zeer efficiënte additiereactie bij het gebruik van mierenzuur.

Bij AstraZeneca ziet men interessante mogelijkheden voor de toekomst:

"Het is gebruikelijker geworden om door licht geïnitieerde reacties toe te passen tijdens de ontwikkeling van nieuwe moleculen in onze geneesmiddelenonderzoeksprogramma's. We dagen onszelf uit om voortdurend efficiëntere en milieuvriendelijkere chemische methoden te ontwikkelen. De recente vooruitgang die we hebben gezien in de fotochemie, benadrukt door de resultaten hierin, zal onze kansen op toegang tot chemie vergroten die een paar jaar geleden niemand voor mogelijk hield. In aanvulling, op grafeen gebaseerde materialen hebben uitzonderlijke inherente eigenschappen. Er is een schat aan mogelijke toepassingen die kunnen leiden tot de volgende biomedische revolutie, " zegt Joakim Bergman, Innovatieve geneesmiddelen en vroege ontwikkeling Biotech-eenheid AstraZeneca Göteborg.