Rice University -kemister som utvecklat en unik form av grafen har hittat ett sätt att bädda in metalliska nanopartiklar som gör materialet till en användbar katalysator för bränsleceller och andra applikationer.

Laserinducerad grafen, skapat av Rice lab av kemisten James Tour förra året, är en flexibel film med en yta av porös grafen gjord genom att exponera en vanlig plast som kallas polyimid för en kommersiell laserstrålande stråle. Forskarna har nu hittat ett sätt att förbättra produkten med reaktiva metaller.

Forskningen visas denna månad i American Chemical Society journal ACS Nano .

Med upptäckten, materialet som forskarna kallar "metalloxid-laserinducerad grafen" (MO-LIG) blir en ny kandidat för att ersätta dyra metaller som platina i katalytiska bränslecellstillämpningar där syre och väte omvandlas till vatten och elektricitet.

"Det underbara med denna process är att vi kan använda kommersiella polymerer, med enkla billiga metallsalter tillsatta, "Tour sa." Vi utsätter dem sedan för den kommersiella laserskrivaren, som genererar metallnanopartiklar inbäddade i grafen. Så mycket av kemin görs av lasern, som genererar grafen i det fria vid rumstemperatur.

"Dessa kompositer, som har mindre än 1 procent metall, reagerar som "superkatalysatorer" för bränslecellstillämpningar. Andra metoder för att göra detta tar mycket fler steg och kräver dyra metaller och dyra kolprekursorer. "

Initialt, forskarna tillverkade laserinducerad grafen med kommersiellt tillgängliga polyimidark. Senare, de infunderade flytande polyimid med bor för att producera laserinducerad grafen med en kraftigt ökad kapacitet att lagra en elektrisk laddning, vilket gjorde den till en effektiv superkondensator.

För den senaste iterationen, de blandade vätskan och en av tre koncentrationer innehållande kobolt, järn- eller molybdenmetallsalter. Efter kondensering av varje blandning till en film, de behandlade den med en infraröd laser och värmde den sedan i argongas i en halvtimme vid 750 grader Celsius.

Den processen producerade robusta MO-LIGs med metalliska, 10-nanometerpartiklar sprids jämnt genom grafen. Tester visade deras förmåga att katalysera syrereduktion, en väsentlig kemisk reaktion i bränsleceller. Ytterligare dopning av materialet med svavel tillåter väteutveckling, en annan katalytisk process som omvandlar vatten till väte, Tour sa.

"Anmärkningsvärt, enkel behandling av grafen-molybdenoxiderna med svavel, som omvandlade metalloxiderna till metallsulfider, gav en reaktionskatalysator för väteutveckling, understryker den breda nyttan av detta tillvägagångssätt, " han sa.