Grafen-baseret nanomat kan føre til næste generations katalysatorer

(PhysOrg.com) - Forskere har fundet en ny anvendelse til grafen, det enkelt-atom-tykke lag af carbonatomer, der ligner hønsenet. Lige siden grafen første gang blev observeret i 2004, dets store overfladeareal, fremragende mekanisk styrke, og høj elektrisk ledningsevne har fascineret videnskabsmænd og åbnet op for nye udforskningsområder.

I deres nylige undersøgelse, Ian Lightcap, Thomas Kosel, og Prashant Kamat fra University of Notre Dame har vist, at grafen kan bruges som en multifunktionel katalysatormåtte. Som katalysatormåtte, todimensionel grafen kan indeholde partikler, der fungerer som katalysatorer for at fremskynde eller sænke hastigheden af ​​kemiske reaktioner. Resultaterne kan bane vejen for udviklingen af ​​næste generations katalysatorsystemer, samt fremskridt inden for kemiske og biologiske sensorer. Undersøgelsen er offentliggjort i en nylig udgave af Nano bogstaver .

"Den åbenlyse udfordring [ved at konstruere en katalysatormåtte] er at have et stort areal med kulstofoverflade, så katalysatorpartiklerne kan spredes uden nogen form for aggregering, ” fortalte Kamat PhysOrg.com . "Graphene, med sin todimensionale nanostruktur, giver det største overfladeareal til at forankre katalysatorpartikler. ”

Ud over dets store overfladeareal, en grafen-kommunikerende platform har også evnen til at lagre og overføre elektroner til forskellige steder på platformen på grund af dens redox-egenskaber. Ved at udnytte disse egenskaber, forskerne brugte elektronoverførselsprocesser til at forankre to forskellige katalysatorpartikler - halvledernanopartikler (titaniumdioxid) og metalnanopartikler (sølv) - til måtten. Som forskerne forklarer, at have to forskellige katalysatorpartikler på forskellige steder på det samme ark kan give større alsidighed til at udføre katalytiske processer.

For at konstruere katalysatorsystemet, fotogenererede elektroner i titandioxid-nanopartikler overføres først til grafenoxidsubstratet. Nogle af disse elektroner bruges til at forbedre substratets ledningsevne, forvandle grafenoxidet til reduceret grafenoxid (RGO). I mellemtiden andre elektroner opbevares i RGO-arket indtil introduktionen af ​​sølvnitrat. På dette tidspunkt, de lagrede elektroner transporteres hen over RGO -arket for at reducere sølvionerne til sølvnanopartikler, som tjener som frø til yderligere vækst.

"Graphenarket letter direkte kommunikation mellem forskellige partikler ved at sende elektroner hen over kulstofplanet, " sagde Kamat. "Væksten af ​​sølvnanopartikler bekræfter grafenarkets evne som en elektronisk kommunikationsplatform mellem halvleder- og metalnanopartikler forankret på grafenarket. … Man kan forestille sig at deponere andre katalysator -nanopartikler for at inkorporere yderligere selektivitet. ”

Et eksempel, som Kamat bemærkede, er et vandspaltende katalysatorsystem, hvor molekylært oxygen og hydrogen dannes på separate katalysatorsteder.

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.