Des chercheurs de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST), La Corée du Sud a été la pionnière d'un système simple, mais un moyen efficace et respectueux de l'environnement de produire des nanoplaquettes de graphène fonctionnalisées de manière sélective (EFGnP) par broyage à sec de graphite en présence de divers gaz.

L'activité électrocatalytique des nanomatériaux à base de carbone dopés par hétéroatome est devenue un intérêt croissant ces dernières années en raison de leurs applications potentielles pour les piles à combustible et les batteries métal-air.

Plusieurs approches existent actuellement pour le dopage d'hétéroatomes en structure graphitique, mais ceux-ci souffrent de coûts de fabrication élevés et de difficultés techniques.

Des chercheurs de l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST) ont mis au point un mais une alternative efficace et respectueuse de l'environnement qui voit la production de nanoplaquettes de graphène fonctionnalisées de manière sélective (EFGnP) via un graphite de broyage à billes sec en présence de divers gaz. Le broyeur à boulets sec est effectivement un type de broyeur, traditionnellement utilisé pour broyer les minerais, produits chimiques et autres matières premières en poudre fine. Il peut également être utilisé au niveau atomique, comme c'est le cas lors de la production d'EFGNP.

En raison de la polyvalence des réactions mécanochimiques entraînées par le broyage à billes, divers groupes fonctionnels pourraient être introduits sur les bords brisés des nanoplaquettes de graphène (GnP) en présence de vapeurs chimiques appropriées, liquides, ou solides dans le broyeur à boulets.

Le mécanisme de fonctionnalisation sélective des bords dans le processus de broyage à boulets implique la réaction entre des espèces de carbone réactives générées par un clivage mécanochimique de liaisons graphitiques C-C et de gaz dans un broyeur à boulets scellé. Les espèces de charbon actif dormant, qui restent non réactifs dans le broyeur, pourrait être interrompu par une exposition ultérieure à l'humidité de l'air. Par conséquent, quelques groupes oxygénés, tels que l'hydroxyle (-OH) et l'acide carboxylique (-COOH), peut être introduit sur les bords cassés des EFGnP préformés avec une distorsion minimale du plan basal.

Un microscope électronique à balayage (MEB) est utilisé pour démontrer le craquage mécanochimique d'un morceau de graphite de grande taille en un petit grain d'EFGnP. En raison de la réaction entre les espèces de charbon actif nouvellement formées sur les bords brisés des GnP et les gaz correspondants, les procédures de broyage à billes et de traitement ultérieur se sont avérées augmenter le poids de tous les EFGnP résultants par rapport au matériau de départ en graphite. Ces résultats ont indiqué que la fonctionnalisation mécanochimique du graphite était efficace. Les EFGnP résultants sont suffisamment actifs pour la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) dans les piles à combustible, et par conséquent, ils fabriqueront des électrocatalyseurs coûteux à base de platine (Pt) pour passer au second plan.

Jong-Beom Baek, professeur et directeur de l'École interdisciplinaire d'énergie verte/Centre des matériaux en carbone à faible dimension à l'UNIST a déclaré :

« Nous avons développé un simple, mais un processus de broyage à billes polyvalent pour exfolier efficacement le graphite vierge directement dans les EFGnP. Diverses mesures microscopiques et spectroscopiques ont été réalisées pour confirmer les mécanismes réactionnels de la fonctionnalisation des bords du graphite par broyage à billes en présence des gaz correspondants et leurs activités slectrocatalytiques supérieures de l'ORR, " a déclaré le professeur Baek.