Chercheurs du Centre des matériaux carbonés multidimensionnels, au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) de l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan a divulgué une nouvelle méthode pour ajouter des groupes chimiques sur (c'est-à-dire, pour "fonctionnaliser") du graphène monocouche (SLG) et bicouche (BLG) reposant sur silice/silicium. Cette étude, récemment publié en ligne dans le Journal de l'American Chemical Society ( JACS ) suggère également comment le graphène décoré sert de plate-forme pour produire des matériaux 2D avec de nouvelles caractéristiques.

Une seule couche d'atomes de carbone emballés dans un réseau en nid d'abeille, appelé graphène, est l'un des matériaux les plus polyvalents jamais fabriqués. Son excellente conductivité thermique et électrique, allié à la légèreté et à la force, offrent des possibilités convaincantes pour une variété de fonctions utiles.

Pour mieux ajuster les propriétés du graphène, l'utilisation de graphène fonctionnalisé, c'est du graphène décoré avec d'autres groupes chimiques, a suscité un grand intérêt pour la recherche. Un tel graphène fonctionnalisé pourrait être appliqué aux transistors, capteurs, supercondensateurs, l'administration de médicaments, électrodes flexibles et nanocomposites polymères.

La fonctionnalisation de SLG sur silice/silicium a déjà été rapportée, mais quand un BLG est utilisé, la réaction s'avère beaucoup plus compliquée. BLG a une réactivité différente car deux couches de graphène adhèrent l'une à l'autre par ce que l'on appelle les forces de van der Waals, rendre BLG plus stable chimiquement et même non réactif pour certaines réactions. D'autres aspects fascinants incluent la réactivité de chacune des couches de BLG et d'autres facteurs qui peuvent influencer la réaction.

Pour comparer et contraster la réaction de SLG et BLG, l'équipe a produit des échantillons impeccables de SLG et BLG et les a rendus plus susceptibles de réagir en les immergeant dans un mélange d'alliage sodium-potassium (NaK) et d'une molécule d'éther couronne en forme d'anneau (15-couronne-5) dans du tétrahydrofurane (THF) . Cette solution forme un ion sodium chargé négativement (Na-), qui réduit le graphène en lui donnant des électrons, et permet à SLG et BLG de réagir plus facilement avec d'autres molécules.

En utilisant cette réaction, Les chercheurs d'IBS ont démontré que bien que BLG soit moins réactif que SLG, les deux peuvent être fonctionnalisés. De plus, en utilisant un BLG avec une couche de carbone normal et une autre couche de carbone marqué par un isotope de carbone (13C), les scientifiques ont précisé que les couches supérieure et inférieure de graphène sont décorées.

L'équipe a également montré que le graphène fonctionnalisé peut subir d'autres réactions chimiques avec d'autres molécules, qui s'y lierait difficilement autrement pour les conditions de réaction utilisées. Par exemple, le graphène fonctionnalisé avec de la 4-iodopyridine peut ensuite réagir davantage avec le bromure de benzyle. C'est une approche particulièrement intéressante, puisque le graphène décoré avec du bromure de benzyle peut être utilisé pour les capteurs et peut être décoré avec plus de groupes chimiques, élargissant considérablement la « boîte à outils » d'options.

« Nous envisageons que cette méthode et cette plate-forme contribueront à élargir la gamme d'applications du graphène, " commente Rodney S. Ruoff, auteur correspondant de l'article.