Graphenoxid bliver grønt

Risforskere har fundet en måde at syntetisere grafenoxid i bulk på en miljøvenlig måde, eliminering af giftige og eksplosive kemikalier fra processen. De har også fundet en klasse af almindelige bakterier, der nedbryder grafenoxid til miljømæssigt godartet grafen.

"Vi kan få dig, og vi kan bryde dig." Hvis forskere fra Rice University skrev countrysange, deres ode til grafenoxid ville starte sådan noget. Men denne sang ville ikke knække nogens hjerte.

Et nyt papir fra laboratoriet fra Rice -kemikeren James Tour demonstrerer en miljøvenlig måde at fremstille store mængder grafenoxid (GO), en isolerende version af enkeltatomtyk grafen, der forventes at kunne bruges i alle slags materialer og elektroniske applikationer.

Et andet papir fra Tour og Andreas Lüttge, en risprofessor i jordvidenskab og kemi, viser, hvordan GO nedbrydes af almindelige bakterier, der kun efterlader ufarlige, naturlig grafit.

Den en-to slag vises online i denne uge i journalen

"Dette er søjlerne, der gør produktion af grafenoxid praktisk, sagde Tour, Rices T.T. og W.F. Chao -stol i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og datalogi. GO-fremstillingsprocessen blev udviklet som en del af et forskningsprojekt med M-I SWACO, en Houston-baseret producent af borevæsker til den petrokemiske industri, der håber at bruge grafen til at forbedre produktiviteten i brønde. (Læs om det her.)

Forskere har gjort GO siden 1800 -tallet, men den nye proces eliminerer en betydelig snublesten for bulkproduktion, Tour sagde. "Folk brugte kaliumchlorat eller natriumnitrater, der frigiver giftige gasser - hvoraf den ene, chlordioxid, er eksplosiv, "sagde han." Producenter er altid tilbageholdende med at gå i stor skala med enhver proces, der genererer eksplosive mellemprodukter. "

Tour og hans kolleger brugte en proces, der lignede den, de anvendte til at pakke multivæggede nanorør ud i grafen -nanoribbons, som beskrevet i et Nature -papir sidste år. De behandler flager af grafit - blyant bly - med kaliumpermanganat, svovlsyre og fosforsyre, alle almindelige, billige kemikalier.

"Mange virksomheder er begyndt at lave grafen og grafenoxid, og jeg tror, ​​de vil blive meget hårdt presset til at komme med en billigere procedure, der er så effektiv og så sikker og miljøvenlig, "Sagde Tour.

Forskerne foreslog, at det vandopløselige produkt kunne finde anvendelse i polymerer, keramik og metaller, som tynde film til elektronik, som udstyr til levering af lægemidler og til lagring af brint, samt til olie- og gasindvinding.

Selvom GO er en naturlig isolator, det kan kemisk reduceres til en leder eller halvleder, dog ikke uden fejl, Tour sagde.

Med så mange potentielle veje ind i miljøet, skæbnen for GO -nanomaterialer vedrørte Tour, der søgte råd fra Rice -kollega Lüttge.

Lüttge og Everett Salas, en postdoktor i sit laboratorium og hovedforfatter af det andet papir, allerede havde undersøgt bakteriernes virkninger på kulstof, så det var enkelt at flytte deres opmærksomhed til GO. De fandt bakterier fra slægten Shewanella let omdanne GO til harmløs grafen. Grafen stabler sig derefter ind i grafit.

"Det er et stort plus for grøn nano, fordi disse allestedsnærværende bakterier hurtigt konverterer GO til et miljøvenligt mineral, "Sagde Tour.

I det væsentlige, Salas sagde, Shewanella har fundet ud af, hvordan man "ånder" faste metaloxider. "Disse bakterier har vendt sig selv ud og ind. Når vi indånder ilt, reaktionerne sker inde i vores celler. Disse mikrober har taget disse komponenter og lagt dem på ydersiden af ​​deres celler. "

Det er denne evne, der giver dem mulighed for at reducere GO til grafen. "Det er en mekanisme, vi ikke helt forstår, fordi vi ikke vidste, at det var muligt før for et par måneder siden, "sagde han om processen, da den vedrører GO.

Den bedste nyhed af alle, Lüttge sagde, er, at disse metalreducerende bakterier "findes stort set overalt, så det er ikke nødvendigt at 'inokulere' miljøet med dem, "sagde han." Disse bakterier er blevet isoleret fra alle tænkelige omgivelser - søer, havbunden, flodslam, det åbne hav, olie saltlage og endda uranminer. "

Han sagde, at mikroberne også bliver til jern, krom, uran og arsenforbindelser til "for det meste godartede" mineraler. "På grund af dette, de spiller en stor rolle i bestræbelserne på at udvikle bakteriebaserede bioremedieringsteknologier. "

Lüttge forventer, at opdagelsen vil føre til andre praktiske teknologier. Hans laboratorium undersøger interaktionen mellem bakterier og grafitelektroder for at udvikle mikrobedrevne brændselsceller, i samarbejde med Air Force Office of Scientific Research og dets multidisciplinære universitetsforskningsinitiativ (MURI).