Les chimistes de l'Université Rice qui ont développé une forme unique de graphène ont trouvé un moyen d'intégrer des nanoparticules métalliques qui transforment le matériau en un catalyseur utile pour les piles à combustible et d'autres applications.

Graphène induit par laser, créé par le laboratoire Rice du chimiste James Tour l'année dernière, est un film flexible avec une surface de graphène poreux fabriqué en exposant un plastique commun connu sous le nom de polyimide à un faisceau de traçage laser commercial. Les chercheurs ont maintenant trouvé un moyen d'améliorer le produit avec des métaux réactifs.

La recherche paraît ce mois-ci dans la revue American Chemical Society ACS Nano .

Avec la découverte, le matériau que les chercheurs appellent « graphène induit par laser à oxyde métallique » (MO-LIG) devient un nouveau candidat pour remplacer des métaux coûteux comme le platine dans les applications de piles à combustible catalytiques dans lesquelles l'oxygène et l'hydrogène sont convertis en eau et en électricité.

"La chose merveilleuse à propos de ce processus est que nous pouvons utiliser des polymères commerciaux, avec de simples sels métalliques peu coûteux ajoutés, " Dit Tour. " Nous les soumettons ensuite au traceur laser commercial, qui génère des nanoparticules métalliques noyées dans le graphène. Une grande partie de la chimie est faite par le laser, qui génère du graphène à l'air libre à température ambiante.

« Ces composites, qui ont moins de 1 pour cent de métal, répondent en tant que « super catalyseurs » pour les applications des piles à combustible. D'autres méthodes pour ce faire prennent beaucoup plus d'étapes et nécessitent des métaux coûteux et des précurseurs de carbone coûteux."

Initialement, les chercheurs ont fabriqué du graphène induit par laser avec des feuilles de polyimide disponibles dans le commerce. Plus tard, ils ont infusé du polyimide liquide avec du bore pour produire du graphène induit par laser avec une capacité considérablement accrue de stocker une charge électrique, ce qui en fait un supercondensateur efficace.

Pour la dernière itération, ils ont mélangé le liquide et l'une des trois concentrations contenant du cobalt, sels métalliques de fer ou de molybdène. Après avoir condensé chaque mélange en un film, ils l'ont traité avec un laser infrarouge puis l'ont chauffé dans du gaz argon pendant une demi-heure à 750 degrés Celsius.

Ce processus a produit des MO-LIG robustes avec des éléments métalliques, Des particules de 10 nanomètres se répartissent uniformément à travers le graphène. Des tests ont montré leur capacité à catalyser la réduction de l'oxygène, une réaction chimique essentielle dans les piles à combustible. Un dopage supplémentaire du matériau avec du soufre a permis le dégagement d'hydrogène, un autre processus catalytique qui convertit l'eau en hydrogène, Tour dit.

"Remarquablement, traitement simple des oxydes de graphène-molybdène au soufre, qui a converti les oxydes métalliques en sulfures métalliques, a fourni un catalyseur de réaction de dégagement d'hydrogène, soulignant la grande utilité de cette approche, " il a dit.