Сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН разработали новый метод синтеза графена с улучшенными свойствами. Полученный наноматериал сможет заменить более дорогую платину в экологически чистых источниках энергии — топливных элементах.
Графен — один из самых прочных и тонких углеродных наноматериалов. Это двумерный кристалл толщиной всего один атом. Наноматериал обладает высокой электро- и теплопроводностью, а также хорошей термической стабильностью. Есть разные способы его получения, но они не позволяют масштабировать материал, при этом конечный продукт может содержать ненужные примеси.
Сибирские ученые применили темплатный метод. При таком подходе используют специальную частицу — темплат, — способную подготавливать соединения к их последующему взаимодействию. В данном случае специалисты применили оксид магния. Его загрязнили углеродом с помощью газа бутадиена-1,3 при температуре 600 °C, после чего частицы темплата покрылись тонкой углеродной плёнкой. Затем оксид магния удалили с помощью соляной кислоты, а полученный графеновый лист легировали бором.
«Графен, допированный бором, выгоднее применять в топливных элементах, чем платину. Во-первых, углеродный наноматериал гораздо дешевле платины. Во-вторых, в процессе работы поверхность платины покрывается окисью углерода, что приводит к её дезактивации. С графеном такого не происходит», — отметил ведущий научный сотрудник ИК СО РАН доктор химических наук Владимир Чесноков.
По его словам, ученым удалось улучшить свойства углеродного наноматериала. Полученный графен, легированный бором, можно использовать в качестве сенсоров, сорбентов, фотокатализаторов и электрокатализаторов.
«Кроме того, материал обладает полезными свойствами в электрокаталитических реакциях восстановления кислорода, которые протекают при работе топливных элементов. Эти свойства помогают преобразовать химическую энергию в электрическую», – добавил Владимир Чесноков.
Результаты исследования опубликованы в международном журнале Materials.
Теоретическое изучение графена началось еще в середине XX века, но произвести его смогли только в 2004 году. В 2010 году Константин Новосёлов и Андрей Гейм, работающие в британском Университете Манчестера, стали лауреатами Нобелевской премии за получение этого углеродного наноматериала – одного из самых прочных и тонких на Земле. Он обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, хорошей термической стабильностью и высоким показателем удельной площади поверхности.
