grafen, ett kolskikt som är enatoms tjockt, kan stå i centrum för nästa revolution inom materialvetenskap. Dessa ultratunna ark har stor potential för en mängd olika applikationer från att ersätta kisel i solceller till att kyla datorchips.

Trots sitt stora löfte, grafen och dess derivat "är material som folk inte förstår mycket om, " sa Vivek Shenoy, professor i teknik vid Brown University. "Ju mer vi kan förstå deras egenskaper, desto fler (teknologiska) möjligheter kommer att öppnas för oss."

Shenoy och ett team av amerikanska forskare har fått nya insikter om dessa mystiska material. Laget, i ett papper i Naturkemi , pekar ut de atomära konfigurationerna av icke-kolatomer som skapar defekter när grafen produceras genom en teknik som kallas grafenoxidreduktion. Bygger från den upptäckten, forskarna föreslår hur man kan göra den tekniken mer effektiv genom att beskriva exakt hur man applicerar väte - snarare än värme - för att ta bort orenheter i arken.

Arken som produceras genom grafenoxidreduktion är tvådimensionella, vaxkakeliknande plan av kol. De flesta av atomerna i gittret är kol, vilket är vad forskarna vill ha. Men invävda i strukturen finns också syre- och väteatomer, som stör arkets enhetlighet. Applicera tillräckligt med värme på gallret, och några av dessa syreatomer binder till väteatomer, som kan tas bort som vatten. Men vissa syreatomer är mer envisa.

Shenoy, tillsammans med Brown doktorand Akbar Bagri och kollegor från Rutgers University och University of Texas-Dallas, använde molekylär dynamiska simuleringar för att observera atomkonfigurationen av grafengittret och ta reda på varför de återstående syreatomerna stannade kvar i strukturen. De fann att de kvarvarande syreatomerna hade bildat dubbelbindningar med kolatomer, ett mycket stabilt arrangemang som ger oregelbundna hål i gallret.

Syreatomerna som bildar dubbelbindningar med kol "har mycket låg energi, " Sa Shenoy. "De är oreaktiva. Det är svårt att få ut dem."

Nu när de förstår konfigurationen av de resistenta syreatomerna i grafenet, forskarna säger att tillsats av väteatomer i föreskrivna mängder och på definierade platser är det bästa sättet att ytterligare minska grafenoxiden. En lovande teknik, de skriver i tidningen, är att införa väte där syreatomerna har bundit sig till kolatomerna och bildat de större hålen. Syret och vätet ska paras ihop (som hydroxyler) och lämna gittret, i huvudsak "läka hålet, " sa Shenoy.

Ett annat tillvägagångssätt är att ta bort syreföroreningarna genom att fokusera på de områden där karbonyler - kolatomer som är dubbelbundna till syreatomer - har bildats. Genom att tillsätta väte, forskarna teoretiserar, syreatomerna kan skalas bort i form av vatten.

Forskarna planerar sedan att experimentera med vätebehandlingstekniker samt att undersöka egenskaperna hos grafenoxid "i sin egen rätt, " sa Shenoy.