Разработан простой способ получения графена из этилена

Москва, 11:22, 05 Май 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Международная команда ученых из США, Германии и Великобритании разработала новый способ получения однослойного графена от простого предшественника. Этен, также известный как этилен — мельчайшие молекулы алкена, который содержит только два атома углерода.

При нагревании этилена поэтапно до температуры немногим более 700 градусов Цельсия — исследователи производят чистый слой графена на субстрате родиевого катализатора. Поэтапный нагрев и высокая температура преодолели проблемы более ранних попыток производства графена непосредственно из углеводородных прекурсоров.

Из-за своей низкой стоимости и простоты, технология может открыть новые возможности применения графена, который обладает привлекательными физическими и электронными свойствами. В работе также представлен новый механизм для саморазвития кластера прекурсоров углерода, чья диффузионная коалесценция приводит к образованию слоев графена.

В наше время графен производится с использованием различных методов, включая химическое осаждение, испарение кремния из карбида кремния и простое отслоение листов графена из графита.

Руководствуясь теорией, исследователи полагали, что путь получения графена из этилена предполагает формирование ряда структур, когда атомы водорода покидают молекулы этилена, а атомы углерода собираются в соты, которые характеризуют графен. При нагревании, этилен адсорбируется на родиевом катализаторе через реакции соединения с образованием сегментных одномерных полиароматических углеводородов (1D-PAH). Дальнейшее нагревание приводит к изменению размерности — одномерной к двумерной структурам, и динамическим процессам реструктуризации в цепи PAH с последующим образованием углеродных кластеров. В итоге, развивающиеся кластеры-предшественники приводят к конденсации графена с высокой чистотой.

На заключительном этапе до формирования графена, исследователи наблюдали почти круглые дискообразные кластеры, содержащие 24 атома углерода, которые раскладывались в виде графена.

Важной составляющей является процесс дегидрирования, который освобождает атомы углерода от образующихся промежуточных форм. Высокая температура, по существу, изгоняет водород из развивающейся структуры углерода, завершающейся графеном.

Полученная структура графена адсорбирована на катализаторе, но для некоторых применений нужно еще найти способ убрать этот металл. Профессор Лендман говорит: «Это новый путь к графену, и возможные технологические применения еще не изучены».