L'ajout d'hydrogène au graphène pourrait améliorer son applicabilité future dans l'industrie des semi-conducteurs, quand le silicium s'en va. Chercheurs du Centre des matériaux carbonés multidimensionnels (CMCM), au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) ont récemment acquis une meilleure compréhension de cette réaction chimique. Publié dans Journal de l'American Chemical Society , ces découvertes étendent les connaissances sur la chimie fondamentale du graphène et rapprochent peut-être les scientifiques de la réalisation de nouveaux matériaux à base de graphène.

Comprendre comment le graphène peut réagir chimiquement avec une variété de produits chimiques augmentera son utilité. En effet, le graphène a des propriétés de conductivité supérieures, mais il ne peut pas être directement utilisé comme alternative au silicium dans l'électronique semi-conducteur car il n'a pas de bande interdite, C'est, ses électrons peuvent se déplacer sans franchir aucune barrière énergétique. L'hydrogénation du graphène ouvre une bande interdite dans le graphène, afin qu'il puisse servir de composant semi-conducteur dans de nouveaux appareils.

Alors que d'autres rapports décrivent l'hydrogénation de matériaux en vrac, cette étude se concentre sur l'hydrogénation de graphène monocouche et à quelques couches épaisses. Les scientifiques d'IBS ont utilisé une réaction à base de lithium dissous dans l'ammoniac, appelée « réaction de type bouleau », pour introduire de l'hydrogène sur le graphène par la formation de liaisons C-H.

L'équipe de recherche a découvert que l'hydrogénation se déroule rapidement sur toute la surface du graphène monocouche, tandis qu'il se déroule lentement et à partir des bords dans du graphène à quelques couches. Ils ont également montré que des défauts ou des bords sont en fait nécessaires pour que la réaction se produise dans les conditions utilisées, parce que le graphène vierge avec les bords recouverts d'or ne subit pas d'hydrogénation.

En utilisant du graphène bicouche et tricouche, Les scientifiques d'IBS ont également découvert que les réactifs peuvent passer entre les couches, et hydrogéner chaque couche également. Finalement, les scientifiques ont découvert que l'hydrogénation modifiait considérablement les propriétés optiques et électriques du graphène.

"L'un des principaux objectifs de notre centre est d'entreprendre des études fondamentales sur les réactions impliquant des matériaux carbonés. En développant une compréhension approfondie de la chimie du graphène monocouche et de quelques couches de graphène, Je suis convaincu que de nombreuses nouvelles applications des graphènes chimiquement fonctionnalisés pourraient être possibles, en électronique, photonique, optoélectronique, capteurs, matériaux composites, et d'autres domaines, " note Rodney Ruoff, auteur correspondant de cet article, directeur CMCM, et UNIST Distinguished Professor à l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST).