Los químicos de la Universidad de Rice que desarrollaron una forma única de grafeno han encontrado una forma de incrustar nanopartículas metálicas que convierten el material en un catalizador útil para pilas de combustible y otras aplicaciones.

Grafeno inducido por láser, creado por el laboratorio de Rice del químico James Tour el año pasado, es una película flexible con una superficie de grafeno poroso hecha al exponer un plástico común conocido como poliimida a un rayo láser comercial. Los investigadores ahora han encontrado una forma de mejorar el producto con metales reactivos.

La investigación aparece este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano .

Con el descubrimiento, el material que los investigadores denominan "grafeno inducido por láser de óxido de metal" (MO-LIG) se convierte en un nuevo candidato para reemplazar metales caros como el platino en aplicaciones de pilas de combustible catalíticas en las que el oxígeno y el hidrógeno se convierten en agua y electricidad.

"Lo maravilloso de este proceso es que podemos utilizar polímeros comerciales, con sales metálicas sencillas y económicas añadidas, ", Dijo Tour." Luego los sometemos al trazador láser comercial, que genera nanopartículas metálicas incrustadas en grafeno. Gran parte de la química la realiza el láser, que genera grafeno al aire libre a temperatura ambiente.

"Estos compuestos, que tienen menos del 1 por ciento de metal, responden como 'supercatalizadores' para aplicaciones de pilas de combustible. Otros métodos para hacer esto requieren muchos más pasos y requieren metales costosos y precursores de carbono costosos ".

Inicialmente, los investigadores fabricaron grafeno inducido por láser con láminas de poliimida disponibles comercialmente. Más tarde, infundieron poliimida líquida con boro para producir grafeno inducido por láser con una capacidad mucho mayor para almacenar una carga eléctrica, lo que lo convirtió en un supercondensador eficaz.

Para la última iteración, mezclaron el líquido y una de las tres concentraciones que contienen cobalto, sales metálicas de hierro o molibdeno. Después de condensar cada mezcla en una película, lo trataron con un láser infrarrojo y luego lo calentaron en gas argón durante media hora a 750 grados Celsius.

Ese proceso produjo MO-LIG robustos con metal, Las partículas de 10 nanómetros se esparcen uniformemente a través del grafeno. Las pruebas demostraron su capacidad para catalizar la reducción de oxígeno, una reacción química esencial en las pilas de combustible. El dopado adicional del material con azufre permitió el desprendimiento de hidrógeno, otro proceso catalítico que convierte el agua en hidrógeno, Tour dijo.

"Notablemente, tratamiento sencillo de los óxidos de grafeno-molibdeno con azufre, que convirtió los óxidos metálicos en sulfuros metálicos, proporcionó un catalizador de reacción de desprendimiento de hidrógeno, subrayando la amplia utilidad de este enfoque, " él dijo.