Lepsze zrozumienie chemii grafenu
Grafen można otrzymać poprzez odrywanie mechaniczne z grafitu lub chemiczne osadzanie z fazy gazowej na folii metalowej. Przy użyciu tych metod można uzyskać dobrej jakości grafen, jednakże w dalszym ciągu trzeba go dostosować do konkretnych funkcji, co stanowi wyzwanie. W ramach finansowanej przez UE inicjatywy MULTIGRAPHCHEM (Multifunctional graphene by means of a chemical approach) pracowano nad syntezą wielofunkcyjnych materiałów opartych na grafenie i powiązanych materiałów dwuwymiarowych przy użyciu nowych metod chemicznych. Celem była funkcjonalizacja grafenu podczas jego syntezy poprzez wprowadzenie właściwości magnetycznych, optycznych, elektrochemicznych i katalitycznych. W ramach projektu MULTIGRAPHCHEM zsyntetyzowano kilka rozpuszczalnych materiałów wykorzystujących funkcjonalizowany grafen z różnymi cząsteczkami organicznymi przy użyciu różnych metod. Badanie podzielono na dwie części. Pierwsza polegała na syntetyzacji pochodnych funkcjonalizowanego grafenu wzorcowymi metodami redukcyjnymi przy użyciu interkalacyjnych związków grafitu (graphite intercalation compounds, GIC). Badanie dostarczyło ważnych informacji na temat podstawowych zasad funkcjonalizacji grafenu metodami redukcyjnymi i będzie stanowiło swego rodzaju przewodnik dotyczący opracowywania nowych koncepcji funkcjonalizacji grafenu. Następnie naukowcy zbadali metodę funkcjonalizacji niekowalencyjnej przy użyciu rozpuszczalnych w wodzie, odpowiednio dostosowanych diimidów perylenowych. Funkcjonalizowany grafen ułożono na cienkiej folii i przeprowadzono hybrydyzację nanocząsteczkami metali. Otrzymane produkty wykorzystano do stworzenia materiałów na bazie grafenu o interesujących właściwościach (opto)elektronicznych i magnetycznych. Całą zdobytą wiedzę na temat grafenu wykorzystano do opracowania procesów chemicznych innych ważnych jednopierwiastkowych materiałów warstwowych. W tym celu po raz pierwszy opracowano metodę eksfoliacji czarnego fosforu stabilizowanego w rozpuszczalniku oraz jego funkcjonalizacji niekowalencyjnej. Ponadto naukowcy opracowali sposób produkcji bardzo stabilnych zawiesin zawierających wysokiej jakości jedno- lub kilkuwarstwowy antymonen – nowy i bardzo obiecujący związek chemiczny. Wyniki badań pozwalają na lepsze zrozumienie właściwości chemicznych i fizycznych grafenu i pokrewnych materiałów dwuwymiarowych. Będą miały duży wpływ na dziedzinę materiałoznawstwa w nadchodzących latach.
Słowa kluczowe
Grafen, MULTIGRAPHCHEM, grafen funkcjonalizowany, nanocząsteczki, antymonen
