С момента открытия самого первого 2D-материала, без преувеличения - "Философского Камня" современной науки (или "священного Грааля", кому как больше нравится) в 2004 году, графен вызвал настоящий фурор в научном сообществе. Неудивительно, что его первооткрыватели, профессоры Манчестерского университета, были удостоены Нобелевской премии в 2010 году за свои открытия. Напомню, что получили его тогда при помощи скотча и графита, однако по понятным причинам тогда речь шла о обнаружении самой возможности существования такого материала, там были микроскопические чешуйки. Но действительно полезный образец графена с помощью клейкой ленты, конечно, не получить.
С тех пор началась настоящая гонка за поиск способов получения и применения графена. Однако, производство этого материала оказалось сложным и требующим значительного объема обработки. До сих пор наиболее распространенным методом является модифицированная версия подхода, известного как метод Хаммера. В этом методе используются опасные химикаты, такие как серная кислота, перманганат калия и нитрат натрия, что создает проблемы с безопасностью и управлением отходами.
Однако, команда ученых во главе с профессором Рупом Махаджаном из Технологического института Вирджинии предложила более экологичный метод получения графена. Вместо использования графита, они предложили использовать уголь в качестве основного источника материала. В качестве реактива - только азотная кислота. Этот подход имеет свои преимущества, как с экологической, так и с экономической точек зрения.
Во-первых, замена графита углем снижает воздействие на окружающую среду. Благодаря использованию только одного химического вещества - азотной кислоты, количество опасных химикатов сокращается, а количество отходов снижается. Это значительно уменьшает риск для исследователей и облегчает управление процессом производства.
Во-вторых, использование угля вместо графита имеет экономические преимущества. Большая часть графита поставляется из Китая, что делает его цепочку поставок нестабильной. Кроме того, графит является важным компонентом аккумуляторов, и резкий рост спроса на аккумуляторы привел к сокращению его предложения. Уголь, хотя и содержит меньший процент углерода, представляет собой более доступный и широко распространенный ресурс.
В процессе Махаджана путь синтеза графена начинается с тщательного процесса измельчения кусков сырого угля до получения грубого порошка. После этого грубый порошок ещё больше измельчают в цилиндре с шариками до состояния пыли. Затем измельченный в шаровой мельнице порошок химически очищается от примесей, таких как сульфиты металлов и зола.
Измельченный и очищенный уголь затем помещают в ванну с азотной кислотой, которая превращает уголь в оксид графена . Кислоту сливают, а непрореагировавший углерод удаляют, в результате чего образуется порошок оксида графена, который затем можно дополнительно превратить в графен путем термической обработки.
Источник:
Анушка Гарг и др., Упрощенный однореакторный синтез оксида графена из различных углей и его потенциальное применение для улучшения механических характеристик нанокомпозитов из стеклопластика (Anushka Garg et al, Simplified One-Pot Synthesis of Graphene Oxide from Different Coals and its Potential Application in Enhancing the Mechanical Performance of GFRP Nanocomposites), ACS Applied Nano Materials (2023). DOI: 10.1021/acsanm.3c03197
Благодарю за чтение! Если понравилась статья, то предлагаю подписаться, будет ещё много таких. Есть мысли по предмету статьи и не только - приглашаю в комментарии. Также, если интересно, можете ознакомиться со страницами нашего проекта на других платформах, ссылки найдёте в описании канала. Кроме того, у меня есть страница на сервисе поддержки авторов Бусти, просто сообщаю, поддержка - дело добровольное, ссылка так же в описании канала.