Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

INCDTIM Cluj-Napoca dezvoltă metode noi de obținere a grafenelor și aplicații variate ale acestora

17 Noiembrie 2017



În cadrul INCDTIM Cluj-Napoca, cercetările privind sinteza de nanostructuri de carbon au început în anul 2000, prin munca de pionierat a unui grup pasionat de cercetători: dr. Lupu Dan, dr. Biriş R. Alexandru, ing. Mişan Ioan.

În acea perioadă, activitatea colectivului a fost orientată în principal asupra perfecţionării metodei de sinteză a nanotuburilor de carbon, având proprietăţi şi caracteristici morfologice controlate (nanotuburi cu un singur perete - single wall carbon nanotubes; nanotuburi cu mai multi pereţi - multi-wall carbon nanotubes). În scopul îmbunătăţirii procesului de sinteză, colectivul a perfecţionat tehnica de depunere chimică din stare de vapori (CVD), dezvoltându-se astfel tehnica CVD cu încălzire inductivă în reactor cu perete rece (CVD-IH), ceea ce a constituit o premieră mondială în domeniu. Cu ajutorul acestei tehnici s-au obţinut nanostructuri de carbon calitativ superioare celor obţinute prin tehnica CVD clasică. În anul 2009 s-a demonstrat posibilitatea sintezei de grafene cu straturi puţine pe catalizatori metalici. Continuând seria cercetărilor în acest domeniu, colectivul a realizat pentru prima dată sinteza de materiale nanocompozite formate din grafene decorate cu nanoparticule metalice (aur; argint; platină) sau bimetalice (aur-argint; aur-platină).
Începând cu anul 2011, preocupările grupului de cercetare s-au diversificat atât în ceea ce priveşte metodele de obținere a grafenei, cât şi aplicaţiile acesteia. Acest lucru a fost posibil prin atragerea de cercetători cu specializări în străinătate şi prin câştigarea a 7 proiecte de cercetare la Competiţii Naţionale. În prezent, cercetătorii cu preocupări în domeniul grafenei sunt: dr. Stela Pruneanu, dr. Alexandru Radu Biriş, dr.ing. Stefan Gergely, dr. Crina Socaci, dr. Florina Pogăcean, dr. Maria Coroş, dr. Lidia Măgeruşan, dr. Marcela-Corina Roşu, drd. Alexandru Turza, drd. Alin-Sebastian Porav.

Metode performante

Astfel, a fost dezvoltată pentru prima dată în INCDTIM o nouă metodă de obţinere de grafenă pură, respectiv grafenă dopată cu heteroatomi (atomi de sulf), prin exfolierea electrochimică a grafitului. Exfolierea are loc într-o singură etapă, în condiții normale de temperatură şi presiune, folosind reactivi ieftini (fie un amestec de acizi, fie o soluţie de sare, precum clorură de sodiu sau de potasiu). Avantajele metodei constau în uşurinţa de operare, control asupra parametrilor de exfoliere pe parcursul întregului proces şi randament de exfoliere ridicat. Exfolierea electrochimică a grafitului în scopul obţinerii de grafenă pură sau dopată cu heteroatomi este o tehnică relativ ieftină, comparativ cu alte metode (de exemplu CVD).



Prin exfoliere electrochimică s-au preparat grafene ce au fost decorate ulterior cu nanoparticule de metale nobile (Au, Ag, Pt), obţinându-se astfel materiale compozite pe bază de grafenă. O altă metodă nouă dezvoltată în INCDTIM este metoda de exfoliere chimică a grafitului, ce duce la formarea oxidului de grafenă. Spre deosebire de grafenă, acest material este un izolator electric, datorită prezenţei grupărilor funcţionale cu oxigen. Prin reducerea oxidului de grafenă se obţin cantităţi însemnate de foiţe de grafene, dar acestea conţin grupări reziduale de oxigen şi defecte de reţea. Doparea oxidului de grafenă cu heteroatomi este o metodă eficientă prin care proprietăţile materialului carbonic pot fi controlate, respectiv modificate. Din progresul simţitor realizat în domeniul nanomaterialelor, grafenele dopate cu azot ies în evidenţă datorită proprietăţilor electrocatalitice deosebite. În cadrul grupului s-au sintetizat grafene dopate cu azot prin reducerea oxidului de grafenă cu un agent reducător ce conţine azot (amoniac, uree).

Aplicații utile
Gama de aplicabilitate a grafenei este foarte largă, plecând de la electronică (utilizarea de cerneluri pe bază de grafene, pentru obținerea de trasee conductoare), până la inginerie tisulară şi sisteme de transport a medicamentelor. Aplicaţiile dezvoltate în INCDTIM sunt variate, datorită specializărilor diferite ale membrilor echipei de cercetare (chimişti, fizicieni, ingineri). Ele s-au axat în principal pe:
(I) obţinerea de electrozi modificaţi cu grafenă pentru detecţia electrochimică a unor poluanţi (metale grele; medicamente; compuşi organici) din ape reziduale sau de consum. Electrozii modificaţi cu grafenă prezintă numeroase avantaje faţă de electrozii convenţionali. Dintre acestea menţionăm: creşterea suprafeţei active a electrodului, îmbunătăţirea transferului de sarcină la interfaţa electrod/soluţie şi îmbunătăţirea semnificativă a limitei de detecţie.



(II) proiectarea și fabricarea unui senzor
având ca element de detecţie un electrod modificat cu grafenă
La acest senzor se cuplează un electrod serigrafiat modificat cu grafenă, în scopul detecției electrochimice de poluanți anorganici/organici. Se au în vedere ioni de metale grele (plumb; cupru), compuși din clasa fenolilor (hidrochinonă; rezorcină; pirocatechină), sau diferite medicamente (carbamazepină; s-captopril).



(III) materiale fotocatalitice utilizate pentru îndepărtarea unor poluanți organici din ape
, în efortul de a reduce impactul produselor chimice asupra calității mediului și sănătății publice. Spre exemplificare, materialele pe bază de dioxid de titan (TiO2), platină (Pt) și grafenă au un puternic caracter aplicativ în degradarea unor coloranți, promovând tehnologii curate prin valorificarea energiei din surse regenerabile (i.e., lumina solară) unul dintre obiectivele majore ale politicii europene, dar și internaționale.




Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite