Les scientifiques du riz ont trouvé un moyen de synthétiser de l'oxyde de graphène en vrac d'une manière respectueuse de l'environnement, éliminer les produits chimiques toxiques et explosifs du processus. Ils ont également découvert qu'une classe de bactéries courantes décompose l'oxyde de graphène en graphène inoffensif pour l'environnement.

"Nous pouvons vous faire et nous pouvons vous briser." Si les scientifiques de l'université Rice écrivaient des chansons country, leur ode à l'oxyde de graphène commencerait quelque chose comme ça. Mais cette chanson ne briserait le cœur de personne.

Un nouvel article du laboratoire du chimiste Rice James Tour démontre une façon écologique de fabriquer des quantités en vrac d'oxyde de graphène (GO), une version isolante du graphène à un seul atome d'épaisseur qui devrait être utilisée dans toutes sortes d'applications matérielles et électroniques.

Un deuxième article de Tour et Andreas Lüttge, un professeur Rice de sciences de la Terre et de chimie, montre comment GO est décomposé par des bactéries courantes qui ne laissent derrière elles qu'inoffensives, graphite naturel.

Le coup de poing apparaît en ligne cette semaine dans le journal

"Ce sont les piliers qui rendent la production d'oxyde de graphène pratique, " dit Tour, T.T. et W.F. de Rice Chaire Chao en chimie ainsi que professeur de génie mécanique et science des matériaux et d'informatique. Le procédé de fabrication GO a été développé dans le cadre d'un projet de recherche avec M-I SWACO, un producteur basé à Houston de fluides de forage pour l'industrie pétrochimique qui espère utiliser le graphène pour améliorer la productivité des puits. (Lire à ce sujet ici.)

Les scientifiques font du GO depuis le 19ème siècle, mais le nouveau procédé élimine un obstacle important à la production en vrac, Tour dit. "Les gens utilisaient du chlorate de potassium ou des nitrates de sodium qui libèrent des gaz toxiques - dont l'un, dioxyde de chlore, est explosif, ", a-t-il déclaré. "Les fabricants sont toujours réticents à se lancer à grande échelle avec tout procédé générant des intermédiaires explosifs."

Tour et ses collègues ont utilisé un processus similaire à celui qu'ils ont utilisé pour décompresser des nanotubes à parois multiples en nanorubans de graphène, comme décrit dans un article de Nature l'année dernière. Ils traitent des paillettes de graphite - mine de crayon - avec du permanganate de potassium, acide sulfurique et acide phosphorique, tout commun, produits chimiques bon marché.

"De nombreuses entreprises ont commencé à fabriquer du graphène et de l'oxyde de graphène, et je pense qu'ils vont avoir beaucoup de mal à trouver une procédure moins chère qui soit aussi efficace et aussi sûre et respectueuse de l'environnement, ", a déclaré la tournée.

Les chercheurs ont suggéré que le produit soluble dans l'eau pourrait trouver une utilisation dans les polymères, céramiques et métaux, comme films minces pour l'électronique, comme dispositifs d'administration de médicaments et pour le stockage d'hydrogène, ainsi que pour la récupération de pétrole et de gaz.

Bien que GO soit un isolant naturel, il pourrait être chimiquement réduit à un conducteur ou un semi-conducteur, mais pas sans défauts, Tour dit.

Avec autant de voies potentielles dans l'environnement, le sort des nanomatériaux GO concernés Tour, qui a demandé conseil à son collègue Rice Lüttge.

Lüttge et Everett Salas, chercheur postdoctoral dans son laboratoire et auteur principal du deuxième article, avait déjà étudié les effets des bactéries sur le carbone, il était donc simple de déplacer leur attention vers GO. Ils ont découvert que des bactéries du genre Shewanella convertissaient facilement GO en graphène inoffensif. Le graphène s'empile ensuite dans le graphite.

"C'est un gros plus pour le nano vert, parce que ces bactéries omniprésentes convertissent rapidement le GO en un minéral sans danger pour l'environnement, ", a déclaré la tournée.

Essentiellement, Salas a dit, Shewanella a découvert comment "respirer" les oxydes métalliques solides. "Ces bactéries se sont retournées. Quand nous respirons de l'oxygène, les réactions se produisent à l'intérieur de nos cellules. Ces microbes ont pris ces composants et les ont mis à l'extérieur de leurs cellules."

C'est cette capacité qui leur permet de réduire le GO en graphène. "C'est un mécanisme que nous ne comprenons pas complètement car nous ne savions pas que c'était possible jusqu'à il y a quelques mois, " a-t-il déclaré à propos du processus en ce qui concerne GO.

La meilleure nouvelle de toutes, Lüttge a dit, est que ces bactéries réductrices de métaux "se trouvent un peu partout, il n'y aura donc pas besoin de « inoculer » l'environnement avec eux, " at-il dit. " Ces bactéries ont été isolées de tous les environnements imaginables - lacs, le fond marin, boue de rivière, l'océan ouvert, des saumures de pétrole et même des mines d'uranium."

Il a dit que les microbes transforment aussi le fer, chrome, composés d'uranium et d'arsenic en minéraux « principalement bénins ». "À cause de ce, ils jouent un rôle majeur dans les efforts visant à développer des technologies de bioremédiation à base de bactéries. »

Lüttge s'attend à ce que la découverte mène à d'autres technologies pratiques. Son laboratoire étudie l'interaction entre les bactéries et les électrodes en graphite pour développer des piles à combustible alimentées par des microbes, en collaboration avec le Bureau de la recherche scientifique de l'Armée de l'Air et son Initiative de recherche universitaire multidisciplinaire (MURI).