Het toevoegen van waterstof aan grafeen zou de toekomstige toepasbaarheid in de halfgeleiderindustrie kunnen verbeteren, wanneer silicium ophoudt. Onderzoekers van het Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), binnen het Institute for Basic Science (IBS) hebben recentelijk meer inzicht gekregen in deze chemische reactie. Gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society , deze bevindingen breiden de kennis van de fundamentele chemie van grafeen uit en brengen wetenschappers misschien dichter bij het realiseren van nieuwe op grafeen gebaseerde materialen.

Begrijpen hoe grafeen chemisch kan reageren met een verscheidenheid aan chemicaliën, zal het nut ervan vergroten. Inderdaad, grafeen heeft superieure geleidbaarheidseigenschappen, maar het kan niet direct worden gebruikt als alternatief voor silicium in halfgeleiderelektronica omdat het geen bandgap heeft, dat is, zijn elektronen kunnen bewegen zonder enige energiebarrière te beklimmen. Hydrogenering van grafeen opent een bandgap in grafeen, zodat het kan dienen als een halfgeleidercomponent in nieuwe apparaten.

Terwijl andere rapporten de hydrogenering van bulkmaterialen beschrijven, deze studie richt zich op de hydrogenering van enkellaags en enkele lagen dik grafeen. IBS-wetenschappers gebruikten een reactie op basis van lithium opgelost in ammoniak, zogenaamde "berk-type reactie", om waterstof op grafeen te introduceren door de vorming van C-H-bindingen.

Het onderzoeksteam ontdekte dat hydrogenering snel verloopt over het gehele oppervlak van enkellaags grafeen, terwijl het langzaam en vanaf de randen verloopt in grafeen met weinig lagen. Ze toonden ook aan dat defecten of randen eigenlijk nodig zijn om de reactie te laten plaatsvinden onder de gebruikte omstandigheden, omdat ongerept grafeen met de randen bedekt met goud geen hydrogenering ondergaat.

Met behulp van dubbellaags en drielaags grafeen, IBS-wetenschappers ontdekten ook dat de reagentia tussen de lagen kunnen passeren, en hydrogeneer elke laag even goed. Eindelijk, de wetenschappers ontdekten dat de hydrogenering de optische en elektrische eigenschappen van het grafeen aanzienlijk veranderde.

"Een primair doel van ons centrum is om fundamentele studies uit te voeren over reacties waarbij koolstofmaterialen betrokken zijn. Door een diep begrip op te bouwen van de chemie van enkellaags grafeen en een paar laags grafeen, Ik ben ervan overtuigd dat veel nieuwe toepassingen van chemisch gefunctionaliseerde grafenen mogelijk zijn, in elektronica, fotonica, opto-elektronica, sensoren, composieten, en andere gebieden, " merkt Rodney Ruoff op, corresponderende auteur van dit artikel, CMCM-directeur, en UNIST Distinguished Professor aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST).