Los científicos del arroz han encontrado una forma de sintetizar óxido de grafeno a granel de una manera respetuosa con el medio ambiente. Eliminando químicos tóxicos y explosivos del proceso. También han descubierto que una clase de bacteria común descompone el óxido de grafeno en grafeno ambientalmente benigno.

"Te podemos hacer y te podemos romper". Si los científicos de la Universidad de Rice escribieran canciones country, su oda al óxido de grafeno comenzaría algo así. Pero esta canción no rompería el corazón de nadie.

Un nuevo artículo del laboratorio del químico de Rice James Tour demuestra una forma ecológica de producir grandes cantidades de óxido de grafeno (GO), una versión aislante de grafeno de un solo átomo de espesor que se espera que encuentre uso en todo tipo de materiales y aplicaciones electrónicas.

Un segundo documento de Tour y Andreas Lüttge, un profesor de Rice de Ciencias de la Tierra y Química, muestra cómo GO es degradado por bacterias comunes que solo dejan atrás inofensivas, grafito natural.

El golpe uno-dos aparece en línea esta semana en la revista.

"Estos son los pilares que hacen que la producción de óxido de grafeno sea práctica, "dijo Tour, T.T. y W.F. de Rice Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática. El proceso de fabricación de GO se desarrolló como parte de un proyecto de investigación con M-I SWACO, un productor de fluidos de perforación para la industria petroquímica con sede en Houston que espera utilizar grafeno para mejorar la productividad de los pozos. (Lea sobre eso aquí).

Los científicos han estado haciendo GO desde el siglo XIX, pero el nuevo proceso elimina un obstáculo importante para la producción a granel, Tour dijo. "La gente usaba clorato de potasio o nitratos de sodio que liberan gases tóxicos, uno de los cuales, Dioxido de cloro, es explosivo, "Dijo." Los fabricantes siempre son reacios a ir a gran escala con cualquier proceso que genere intermedios explosivos ".

Tour y sus colegas utilizaron un proceso similar al que emplearon para descomprimir nanotubos de paredes múltiples en nanocintas de grafeno. como se describe en un artículo de Nature el año pasado. Procesan escamas de grafito - mina de lápiz - con permanganato de potasio, ácido sulfúrico y ácido fosfórico, todo común, productos químicos económicos.

"Muchas empresas han comenzado a producir grafeno y óxido de grafeno, y creo que les costará mucho encontrar un procedimiento más económico que sea así de eficiente, seguro y respetuoso con el medio ambiente. "Dijo Tour.

Los investigadores sugirieron que el producto soluble en agua podría encontrar uso en polímeros, cerámica y metales, como películas delgadas para electrónica, como dispositivos de administración de fármacos y para el almacenamiento de hidrógeno, así como para la recuperación de petróleo y gas.

Aunque GO es un aislante natural, podría reducirse químicamente a un conductor o semiconductor, aunque no sin defectos, Tour dijo.

Con tantos caminos potenciales hacia el medio ambiente, el destino de los nanomateriales GO se refería a Tour, quien buscó el consejo del colega de Rice, Lüttge.

Lüttge y Everett Salas, investigador postdoctoral en su laboratorio y autor principal del segundo artículo, ya había estado estudiando los efectos de las bacterias sobre el carbono, por lo que fue sencillo centrar su atención en GO. Descubrieron que las bacterias del género Shewanella convierten fácilmente el GO en grafeno inofensivo. El grafeno luego se apila en grafito.

"Esa es una gran ventaja para el nano verde, debido a que estas bacterias ubicuas están convirtiendo rápidamente a GO en un mineral ambientalmente benigno, "Dijo Tour.

Esencialmente, Salas dijo, Shewanella ha descubierto cómo "respirar" óxidos metálicos sólidos. "Estas bacterias se han vuelto del revés. Cuando respiramos oxígeno, las reacciones ocurren dentro de nuestras células. Estos microbios han tomado esos componentes y los han puesto en el exterior de sus células ".

Es esta capacidad la que les permite reducir GO a grafeno. "Es un mecanismo que no entendemos completamente porque no sabíamos que era posible hasta hace unos meses, ", dijo sobre el proceso en lo que se refiere a GO.

La mejor noticia de todas, Lüttge dijo:es que estas bacterias reductoras de metales "se encuentran prácticamente en todas partes, por lo que no habrá necesidad de 'inocular' el medio ambiente con ellos, ", dijo." Estas bacterias se han aislado de todos los entornos imaginables:lagos, el fondo del mar, barro de río, el mar abierto, salmueras de petróleo e incluso minas de uranio ".

Dijo que los microbios también se vuelven hierro, cromo, compuestos de uranio y arsénico en minerales "en su mayoría benignos". "Debido a esto, están desempeñando un papel importante en los esfuerzos por desarrollar tecnologías de biorremediación basadas en bacterias ".

Lüttge espera que el descubrimiento conduzca a otras tecnologías prácticas. Su laboratorio está investigando la interacción entre las bacterias y los electrodos de grafito para desarrollar pilas de combustible alimentadas por microbios. en colaboración con la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y su Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria (MURI).