Wetenschappers van de Tomsk Polytechnic University (TPU), samen met collega's uit de Verenigde Staten en Duitsland, hebben een manier gevonden om goedkope katalysatoren te verkrijgen uit hexagonaal boornitride of "wit grafeen". De technologie kan worden gebruikt bij de productie van milieuvriendelijke waterstofbrandstof.

De onderzoekers hebben een nieuwe manier gevonden om een ​​diëlektricum te functionaliseren, ook wel bekend als wit grafeen, d.w.z. hexagonaal boornitride (hBN), zonder het te vernietigen of de eigenschappen ervan te veranderen. Dankzij de nieuwe methode de onderzoekers synthetiseerden een polymeer nanotapijt met een sterke covalente binding op de monsters.

Prof Raul Rodriguez van de TPU Research School of Chemistry &Applied Biomedical Sciences legt uit:

"Voor de eerste keer, we zijn erin geslaagd om hexagonaal boornitride covalent te functionaliseren zonder sterke chemische samenstellingen en de introductie van nieuwe defecten in het materiaal. In feite, eerdere benaderingen hadden geleid tot een ander materiaal met veranderde eigenschappen, d.w.z. gehydrolyseerd boornitride. Op onze beurt, we gebruikten nanodefecten die in het materiaal aanwezig waren zonder hun aantal te vergroten, en milieuvriendelijke fotopolymerisatie."

Een van de veelbelovende opties voor het gebruik van het nieuwe materiaal, volgens onderzoekers, is een katalysator voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Met dit in gedachten, polymeertapijten fungeerden als dragers van werkzame stoffen, d.w.z. matrices. Nikkel nanodeeltjes werden geïntegreerd in de matrix. De verkregen katalysatoren werden gebruikt voor elektrokatalyse. Studies hebben aangetoond dat ze met succes kunnen worden gebruikt als alternatief voor duur platina of goud.

"Een van de belangrijke uitdagingen bij katalyse is om het uitgangsmateriaal te dwingen de actieve centra van de katalysator te bereiken. "Polymeertapijten vormen een 3D-structuur die helpt om het contactoppervlak van de actieve centra van de katalysator met water te vergroten en de opname van waterstof meer efficiënt. Het is veelbelovend voor de productie van milieuvriendelijke waterstofbrandstof, ’ zegt de wetenschapper.

Boornitride is een binaire verbinding van boor en stikstof, terwijl hexagonaal boornitride of wit grafeen een wit talkachtig poeder is met een hexagonaal, grafeen-achtig rooster. Het is bestand tegen hoge temperaturen en chemische stoffen, niet giftig, heeft een zeer lage wrijvingscoëfficiënt, en functioneert zowel als een perfect diëlektricum en als een goede warmtegeleider. Boornitridematerialen worden veel gebruikt in de reacties van industriële organische synthese, bij het kraken van olie, voor de vervaardiging van producten van hoge-temperatuurtechnologie, de productie van halfgeleiders, middelen voor het blussen van branden, enzovoort.

Eerder, een aantal studies waren gewijd aan de functionalisering van hexagonaal boornitride. Typisch, dit proces maakt gebruik van sterke chemische oxidanten die niet alleen het materiaal vernietigen, maar ook de eigenschappen ervan aanzienlijk veranderen. De methode, die TPU-wetenschappers en hun buitenlandse collega's gebruiken, stelt hen in staat dit te vermijden.

"Studies hebben aangetoond dat we homogene en duurzame polymeertapijten hebben verkregen die van de ondersteunende ondergrond kunnen worden verwijderd en afzonderlijk kunnen worden gebruikt. Bovendien dit is een vrij universele technologie omdat we voor functionalisering verschillende monomeren hebben gebruikt die het mogelijk maken materialen te verkrijgen met eigenschappen die optimaal zijn voor gebruik in verschillende apparaten, " zegt prof Raul Rodriguez.