Un cadre d'oxyde de graphène (GOF) est formé de couches de graphène reliées par des «piliers» bore-carboxyliques. Les GOF comme celui-ci commencent tout juste à être explorés comme moyen de stockage potentiel pour l'hydrogène et d'autres gaz. Crédit :NIST 
Le graphène est devenu un matériau de célébrité ces dernières années en raison de sa conductivité, propriétés thermiques et optiques, ce qui pourrait le rendre utile dans une gamme de capteurs et de dispositifs à semi-conducteurs. Le matériau ne stocke pas bien l'hydrogène sous sa forme d'origine, selon une équipe de scientifiques qui l'étudient au NIST Center for Neutron Research. Mais si des feuilles de graphène oxydé sont empilées les unes sur les autres comme les ponts d'un parking à plusieurs niveaux, reliés par des molécules qui à la fois relient les couches les unes aux autres et maintiennent un espace entre elles, la structure résultante d'oxyde de graphène (GOF) peut accumuler de l'hydrogène en plus grande quantité.
Inspiré pour créer des GOF par les cadres métallo-organiques qui sont également à l'étude pour le stockage de l'hydrogène, l'équipe commence tout juste à découvrir les propriétés des nouvelles structures. "Personne d'autre n'a jamais fait de GOF, au meilleur de notre connaissance, " dit le théoricien du NIST Taner Yildirim. " Ce que nous avons trouvé jusqu'à présent, bien que, indique que les GOF peuvent contenir au moins cent fois plus de molécules d'hydrogène que l'oxyde de graphène ordinaire. La synthèse facile, le faible coût et la non-toxicité du graphène font de ce matériau un candidat prometteur pour les applications de stockage de gaz."
Les GOF peuvent conserver 1% de leur poids en hydrogène à une température de 77 degrés Kelvin et à une pression atmosphérique ordinaire, à peu près comparable aux 1,2% que peuvent contenir certains cadres organo-métalliques bien étudiés, dit Yildirim.
Une autre des découvertes potentiellement utiles de l'équipe est la relation inhabituelle que les GOF présentent entre la température et l'absorption d'hydrogène. Dans la plupart des matériaux de stockage, plus la température est basse, plus l'absorption d'hydrogène se produit normalement. Cependant, l'équipe a découvert que les GOF se comportent très différemment. Bien qu'un GOF puisse absorber de l'hydrogène, il n'absorbe pas de quantités significatives en dessous de 50 Kelvin (-223 degrés Celsius). De plus, il ne libère pas d'hydrogène en dessous de cette "température de blocage" - suggérant que, avec des recherches plus poussées, Les GOF peuvent être utilisés à la fois pour stocker l'hydrogène et pour le libérer en cas de besoin, une exigence fondamentale dans les applications de piles à combustible.
Certaines des capacités des GOF sont dues aux molécules de liaison elles-mêmes. Les molécules utilisées par l'équipe sont toutes des acides benzène-boronique qui interagissent fortement avec l'hydrogène à part entière. Mais en gardant plusieurs angströms d'espace entre les couches de graphène, un peu comme les piliers soutiennent un plafond, ils augmentent également la surface disponible de chaque couche, en lui donnant plus de points pour que l'hydrogène s'accroche.
Selon l'équipe, Les GOF fonctionneront probablement encore mieux une fois que l'équipe aura exploré leurs paramètres plus en détail. "Nous allons essayer d'optimiser les performances des GOF et d'explorer également d'autres molécules de liaison, " dit Jacob Burress, aussi du NIST. "Nous voulons explorer la dépendance inhabituelle à la température de la cinétique d'absorption, ainsi que s'ils pourraient être utiles pour capturer les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et les toxines comme l'ammoniac."
