Risforskare har hittat ett sätt att syntetisera grafenoxid i bulk på ett miljövänligt sätt, eliminera giftiga och explosiva kemikalier från processen. De har också funnit en klass av vanliga bakterier som bryter ner grafenoxid till miljömässigt godartad grafen.
"Vi kan få dig och vi kan bryta dig." Om forskare från Rice University skrev countrysånger, deras ode till grafenoxid skulle starta något sådant. Men den här låten skulle inte krossa någons hjärta.
Ett nytt papper från labbet av riskemisten James Tour visar ett miljövänligt sätt att tillverka stora mängder grafenoxid (GO), en isolerande version av enkelatomtjock grafen som förväntas användas i alla typer av material och elektroniska applikationer.
En andra uppsats från Tour och Andreas Lüttge, en risprofessor i jordvetenskap och kemi, visar hur GO bryts ner av vanliga bakterier som bara lämnar efter sig ofarliga, naturlig grafit.
En-två-stansen visas online i veckan i tidningen
"Detta är pelarna som gör produktionen av grafenoxid praktisk, "sa Tour, Rices T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och datavetenskap. GO-tillverkningsprocessen utvecklades som en del av ett forskningsprojekt med M-I SWACO, en Houston-baserad producent av borrvätskor för petrokemisk industri som hoppas kunna använda grafen för att förbättra brunnarnas produktivitet. (Läs om det här.)
Forskare har gjort GO sedan 1800 -talet, men den nya processen eliminerar en betydande stötesten för bulkproduktion, Tour sa. "Folk använde kaliumklorat eller natriumnitrater som avger giftiga gaser - varav en, klordioxid, är explosiv, "sade han." Tillverkare är alltid ovilliga att gå i stor skala med någon process som genererar explosiva mellanprodukter. "
Tour och hans kollegor använde en process som liknade den de använde för att packa upp flerväggiga nanorör till grafen -nanoribb, som beskrivs i ett Nature -dokument förra året. De bearbetar flingor av grafit - blyertsledning - med kaliumpermanganat, svavelsyra och fosforsyra, alla vanliga, billiga kemikalier.
"Många företag har börjat tillverka grafen och grafenoxid, och jag tror att de kommer att bli väldigt hårt pressade att komma på ett billigare förfarande som är så effektivt och så säkert och miljövänligt, "Sa Tour.
Forskarna föreslog att den vattenlösliga produkten skulle kunna användas i polymerer, keramik och metaller, som tunna filmer för elektronik, som läkemedelsleveransanordningar och för lagring av väte, samt för olje- och gasåtervinning.
Även om GO är en naturlig isolator, det kan kemiskt reduceras till en ledare eller halvledare, fast inte utan defekter, Tour sa.
Med så många potentiella vägar in i miljön, ödet för GO -nanomaterial berörde Tour, som sökte råd från Rice -kollegan Lüttge.
Lüttge och Everett Salas, en postdoktor i sitt laboratorium och huvudförfattare till den andra uppsatsen, hade redan studerat bakteriernas effekter på kol, så det var enkelt att flytta deras uppmärksamhet till GO. De hittade bakterier från släktet Shewanella omvandlar enkelt GO till ofarlig grafen. Grafen staplar sig sedan till grafit.
"Det är ett stort plus för grön nano, eftersom dessa allestädes närvarande bakterier snabbt omvandlar GO till ett miljömässigt godartat mineral, "Sa Tour.
Väsentligen, Salas sa, Shewanella har kommit på hur man "andas" fasta metalloxider. "Dessa bakterier har vänt sig inifrån och ut. När vi andas syre, reaktionerna sker i våra celler. Dessa mikrober har tagit dessa komponenter och lagt dem på utsidan av sina celler. "
Det är denna förmåga som gör att de kan reducera GO till grafen. "Det är en mekanism vi inte förstår helt eftersom vi inte visste att det var möjligt förrän för några månader sedan, "sa han om processen när det gäller GO.
De bästa nyheterna av alla, Lüttge sa, är att dessa metallreducerande bakterier "finns i stort sett överallt, så det kommer inte att vara nödvändigt att 'ympa' miljön med dem, "sa han." Dessa bakterier har isolerats från alla tänkbara miljöer - sjöar, havsbotten, flodlera, det öppna havet, oljelösningar och till och med urangruvor. "
Han sa att mikroberna också blir järn, krom, uran och arsenikföreningar till "mestadels godartade" mineraler. "På grund av detta, de spelar en stor roll i ansträngningarna att utveckla bakteriebaserad teknik för bioremediering. "
Lüttge förväntar sig att upptäckten kommer att leda till annan praktisk teknik. Hans laboratorium undersöker interaktionen mellan bakterier och grafitelektroder för att utveckla mikrobdrivna bränsleceller, i samarbete med Air Force Office of Scientific Research och dess Multidisciplinary University Research Initiative (MURI).
