Ny effektiv og billig metode til hydrogenering af grafen med synligt lys

En miljøvenlig, effektiv og billig metode til hydrogenering af grafen med synligt lys er udviklet af forskere ved Uppsala Universitet og AstraZeneca Gøteborg, Sverige. Forskningsstudiet præsenteres i en artikel i Naturkommunikation .

Undersøgelsen viser, at det todimensionelle og atomtynde kulstofmateriale grafen reagerer med myresyre i en vandopløsning ved bestråling med synligt lys. I reaktionen myresyre fungerer som maskeret brint, og der produceres et materiale, hvor der i vid udstrækning er blevet tilsat brint til grafen. En siger, at grafen er blevet hydrogeneret. Undersøgelsen blev udført af Assoc. Professor Henrik Ottossons forskningsgruppe ved Institut for Kemi - Ångström Laboratory, sammen med kolleger i kemi, Fysik og teknik ved Uppsala Universitet og på AstraZeneca Gøteborg.

"Reaktionen er praktisk og billig, og hydrogeneret grafen kan anvendes inden for områder som brintlagring. Derudover ved funktionalisering af grafen kan man åbne et båndgab, og dette faktum er af høj relevans for elektronikapplikationer, siger Henrik Ottosson.

Endnu, grafenforskning er et sideprojekt i Henrik Ottossons gruppe. Gruppen studerer normalt adfærden af ​​forskellige aromatiske kulbrinter ved bestråling, og de anvender en regel, den såkaldte Bairds regel, som kan udledes gennem kemisk anvendt kvantemekanik.

Kemiske forbindelser, der er aromatiske, har en iboende høj stabilitet og ofte er de ikke lette at nedbryde. Benzen er den mest kendte aromatiske forbindelse, og mere end halvdelen af ​​alle kendte kemiske forbindelser indeholder aromatiske grupper.

Den høje stabilitet af aromatiske forbindelser forklares med Hückels regel "4n+2", men denne regel er kun gyldig for forbindelser i deres elektroniske grundtilstande. Ved eksponering for lys af en bestemt bølgelængde, de aromatiske forbindelser når elektronisk exciterede tilstande. Ifølge Baird, forbindelser, der er aromatiske i grundtilstanden, bliver antiaromatiske og reaktive i den exciterede tilstand. Reglen, forsømt i årtier, kan nu bruges til at beskrive forskellige adfærd for aromatiske forbindelser, når de bestråles.

Ved at bruge Bairds regel, Henrik Ottossons gruppe udvikler nye lys-initierede reaktioner. Først, de studerede tilsætning af hydrosilaner til benzener, naphthalen og gradvist større polycykliske aromatiske carbonhydrider (hydrosilaner er forbindelser, der kan betragtes som tunge analoger af brint). På trods af at det ikke er muligt at forklare, hvis og hvor, Bairds regel kan anvendes på grafen (et i det væsentlige uendeligt stort polycyklisk aromatisk kulbrinte), gruppen udforskede grafenkemi og fandt en meget effektiv additionsreaktion, når man brugte myresyre.

Hos AstraZeneca ser man interessante muligheder for fremtiden:

"Det er blevet mere almindeligt at anvende lys-initierede reaktioner under udviklingen af ​​nye molekyler i vores lægemiddelforskningsprogrammer. Vi udfordrer os selv til løbende at udvikle mere effektive og miljøvenlige kemiske metoder. De seneste fremskridt har vi set inden for fotokemi, fremhævet af resultaterne heri, vil øge vores muligheder for at få adgang til kemi, som ingen troede var muligt for et par år siden. Ud over, grafenbaserede materialer har usædvanlige iboende egenskaber. Der er et væld af mulige anvendelser, der kan resultere i den næste biomedicinske revolution, siger Joakim Bergman, Innovative lægemidler og tidlig udvikling af biotekenhed AstraZeneca Gøteborg.