En miljövänlig, effektiv och billig metod för hydrering av grafen med synligt ljus har utvecklats av forskare vid Uppsala universitet och AstraZeneca Göteborg, Sverige. Forskningsstudien presenteras i en artikel i Naturkommunikation .

Studien visar att det tvådimensionella och atomtunna kolmaterialet grafen reagerar med myrsyra i en vattenlösning vid bestrålning med synligt ljus. I reaktionen, myrsyra fungerar som maskerat väte och ett material produceras där väte i stor utsträckning har tillsatts grafen. En säger att grafen har hydrerats. Studien utfördes av Assoc. Prof. Henrik Ottossons forskargrupp vid Kemiska institutionen – Ångströmlaboratoriet, tillsammans med kollegor inom kemi, Fysik och teknik vid Uppsala universitet och på AstraZeneca Göteborg.

"Reaktionen är bekväm och billig, och hydrerad grafen kan appliceras inom områden som vätelagring. Dessutom, vid funktionalisering av grafen kan man öppna ett bandgap och detta faktum är av hög relevans för elektroniktillämpningar, säger Henrik Ottosson.

Än, grafenforskning är ett sidoprojekt i Henrik Ottossons grupp. Gruppen studerar normalt beteendet hos olika aromatiska kolväten vid bestrålning, och de tillämpar en regel, den så kallade Bairds regel, som kan härledas genom kemiskt tillämpad kvantmekanik.

Kemiska föreningar som är aromatiska har en inneboende hög stabilitet och ofta är de inte lätta att bryta ner. Bensen är den mest kända aromatiska föreningen och mer än hälften av alla kända kemiska föreningar innehåller aromatiska grupper.

Den höga stabiliteten hos aromatiska föreningar förklaras av Hückels "4n+2"-regel, men denna regel är endast giltig för föreningar i deras elektroniska grundtillstånd. Vid exponering för ljus av en viss våglängd, de aromatiska föreningarna når elektroniskt exciterade tillstånd. Enligt Baird, föreningar som är aromatiska i grundtillståndet blir antiaromatiska och reaktiva i exciterat tillstånd. Regeln, försummat i decennier, kan nu användas för att beskriva olika beteenden hos aromatiska föreningar när de bestrålas.

Med hjälp av Bairds regel, Henrik Ottossons grupp utvecklar nya ljusinitierade reaktioner. Först, de studerade tillsats av hydrosilaner till bensener, naftalen och gradvis större polycykliska aromatiska kolväten (hydrosilaner är föreningar som kan betraktas som tunga analoger till väte). Trots att det inte går att förklara om, och hur, Bairds regel kan tillämpas på grafen (ett i huvudsak oändligt stort polycykliskt aromatiskt kolväte), gruppen utforskade grafenkemi och hittade en mycket effektiv additionsreaktion när man använde myrsyra.

På AstraZeneca ser man intressanta möjligheter för framtiden:

"Det har blivit vanligare att tillämpa ljusinitierade reaktioner under utvecklingen av nya molekyler i våra läkemedelsforskningsprogram. Vi utmanar oss själva att kontinuerligt utveckla mer effektiva och miljövänliga kemiska metoder. De senaste framstegen har vi sett inom fotokemi, framhävs av resultaten här, kommer att öka våra möjligheter att komma åt kemi som ingen trodde var möjligt för några år sedan. Dessutom, grafenbaserade material har exceptionella inneboende egenskaper. Det finns en mängd möjliga tillämpningar som kan resultera i nästa biomedicinska revolution, säger Joakim Bergman, Innovativa läkemedel och tidig utveckling Biotech Unit AstraZeneca Göteborg.