Os químicos da Rice University que desenvolveram uma forma única de grafeno descobriram uma maneira de incorporar nanopartículas metálicas que transformam o material em um catalisador útil para células de combustível e outras aplicações.

Grafeno induzido por laser, criado pelo laboratório Rice do químico James Tour no ano passado, é um filme flexível com uma superfície de grafeno poroso feito pela exposição de um plástico comum conhecido como poliimida a um feixe comercial de laser. Os pesquisadores descobriram agora uma maneira de aprimorar o produto com metais reativos.

A pesquisa aparece este mês na revista American Chemical Society ACS Nano .

Com a descoberta, o material que os pesquisadores chamam de "grafeno induzido por laser de óxido de metal" (MO-LIG) se torna um novo candidato para substituir metais caros como a platina em aplicações de células a combustível catalíticas nas quais oxigênio e hidrogênio são convertidos em água e eletricidade.

"A coisa maravilhosa sobre este processo é que podemos usar polímeros comerciais, com sais de metal simples e baratos adicionados, "Tour disse." Nós, então, os submetemos ao gravador comercial a laser, que gera nanopartículas metálicas incorporadas em grafeno. Grande parte da química é feita pelo laser, que gera grafeno ao ar livre em temperatura ambiente.

"Esses compostos, que têm menos de 1 por cento de metal, respondem como 'super catalisadores' para aplicações de células de combustível. Outros métodos para fazer isso levam muito mais etapas e requerem metais caros e precursores de carbono caros. "

Inicialmente, os pesquisadores fizeram grafeno induzido por laser com folhas de poliimida disponíveis no mercado. Mais tarde, eles infundiram poliimida líquida com boro para produzir grafeno induzido por laser com uma capacidade muito maior de armazenar uma carga elétrica, o que o tornava um supercapacitor eficaz.

Para a última iteração, eles misturaram o líquido e uma das três concentrações contendo cobalto, sais de metal de ferro ou molibdênio. Depois de condensar cada mistura em um filme, eles o trataram com um laser infravermelho e depois o aqueceram em gás argônio por meia hora a 750 graus Celsius.

Esse processo produziu MO-LIGs robustos com metal, Partículas de 10 nanômetros se espalham uniformemente pelo grafeno. Os testes mostraram sua capacidade de catalisar a redução de oxigênio, uma reação química essencial nas células de combustível. A dopagem adicional do material com enxofre permitiu a evolução do hidrogênio, outro processo catalítico que converte água em hidrogênio, Tour disse.

"Notavelmente, tratamento simples dos óxidos de grafeno-molibdênio com enxofre, que converteu os óxidos metálicos em sulfetos metálicos, forneceu um catalisador de reação de evolução de hidrogênio, ressaltando a ampla utilidade desta abordagem, " ele disse.