Новости химической науки > Оксид графена можно создать из углекислого газа

В поисках наиболее удобного способа рециклизации диоксида углерода исследователи разработали метод его конверсии в оксид графена. Оксид графена может быть восстановлен до графена, а также он может найти самостоятельное применение в качестве компонента водооталкивающих материалов, электронных схем и систем доставки лекарственных препаратов.

Одной из проблем, связанных с переработкой диоксида углерода, является чрезвычайно высокая стабильность этих соединений. Джае Ли (Jae Lee) из Городского Колледжа Нью-Йорка отмечает, что в то время когда другие исследовательские группы пытались добиться превращения CO₂ за счет увеличения давления, исследователям из его группы удалось получить оксид графена из CO₂ в мягких условиях. Исследователи из группы Ли разработали двухстадийный процесс – на первом этапе происходила фиксация газообразного CO₂ с помощью NH₃BH₃), нагревание получившегося в результате такой фиксации твердого вещества приводило к образованию ячеистой структуры оксида графена.

Для осуществления первой реакции NH₃BH₃ помещали в ячейку из нержавеющей стали, после чего в ячейку подавали CO₂ до достижения давления порядка 30 атм. Затем ячейку медленно и постепенно нагревали до температуры 100°C в течение нескольких часов.

Диоксид углерода может быть конвертирован в оксид графена в относительно мягких условиях. (Рисунок из J. Phys. Chem. C, 2012, DOI: 10.1021/jp210295e)

Результаты работы Ли являются первым примером конверсии CO₂ в полезные материалы, протекающей в отсутствии металлокомплексных катализаторов и в относительно мягких условиях. Ранее описанные системы конверсии диоксида углерода в оксид графена обычно работали при температуре выше 400°C и давлениях выше 690 атмосфер, поэтому очевидно, что оптимизация условий конверсии диоксида углерода в оксид графена сможет оказаться полезной для промышленной рециклизации CO₂.

Чтобы превратить твердый продукт взаимодействия CO₂ с NH₃BH₃ в оксид графена, твердое вещество помещали в атмосферу инертного газа и нагревали при температуре от 600 до 750°C в течение двух или трех часов – в этих условиях азот и водород улетучиваются в виде аммиака. Образующийся в ходе этого процесса оксид бора играл роль шаблона для формирования слоев оксида графена толщиной 3-6 нм.

Дэн Дрейер (Dan Dreyer) из Университета Техаса отмечает, что использование небольших по размеру молекул в качестве исходного материала для восходящего процесса весьма привлекательно, поскольку такие исходные материалы дают широкую возможность для контроля свойств образующихся в ходе конверсии нанокомпозитных материалов. Дрейер отмечает, что новый метод позволяет вводить в оксид графена атомы бора, которые могут изменить его электронные и иные свойства. Ли предполагает, что легирование оксида графена оксидом бора может увеличить электрокаталитическую производительность оксида графена как восстановителя кислорода в протонообменных мембранных топливных ячейках.

Источник: J. Phys. Chem. C, 2012, DOI: 10.1021/jp210295e

метки статьи: #вопросы экологии, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология