Графен – «листок» из атомов углерода толщиной в один атом – часто называют чудесным материалом, материалом будущего благодаря его превосходным механическим, термическим и электронным свойствам. Однако, на основании результатов нового исследования, химики из Великобритании заявляют, что с точки зрения электрохимии графен не такой уж и чудесный материал.

Вопреки широко распространенному мнению, исследователи заявляют, что графеновые электроды весьма неэффективны в процессах переноса электронов, что позволяет сделать вывод о малой пригодности графена для применения в изготовлении сенсорных систем.

Исследователи из группы Крега Бэнкса (Craig Banks) из Городского Университета Манчестера пришли к такому выводу после проведения ряда электрохимических экспериментов с электродами из различных материалов. Ряд из этих электронов был покрыт монослоем графена, ряд – несколькими слоями графена и ряд элекродов обходились без покрытия. Точное измерение тока, протекающего через электроды при изменяющемся напряжении, позволило Бэнксу определить, что большинство электронных переходов в графене происходит с участием дефектов материала, таким образом, сам материал оказывается инертным.

Рис. 1. Химики полагают, что электроды из
графена недостаточно эффективны в переносе
электронов, а сам графен недостаточно
эффективен для применения в изготовлении
сенсорных систем. (Рисунок из RSC Adv., 2011,
DOI: 10.1039/c1ra00393c).

Химики предполагают, что обычно модификация электродов графеном происходит двумя способами – нанесение на электрод одного слоя графена (такое покрытие может блокировать перенос электронов) и нанесение на электрон нескольких слоев графена, которое иногда позволяет улучшить перенос электронов.

Однако, как полагает Бэнкс, многослойная упаковка графена близка по свойствам и строению небольшому фрагменту графита, в ней содержится большее количество дефектов, через которые и происходит перенос электронов. Более того, по словам Бэнкса, электроны с различной энергией могут по-разному взаимодействовать с графеновым покрытием, что должно учитываться при создании новых типов электродов.

Александр Баландин (Alexander Balandin), специалист по графеновым материалам из Университета Калифорнии полагает, что полученные результаты важны и соглашается, что для электрохимических экспериментов будущего необходимо проводить сравнение свойств электродов с графеновыми и графитовыми покрытиями.

В то же самое время Баландин предостерегает от поспешных выводов о том, что графен стоит полностью исключить из списка материалов для создания новых электродов – качество графена, точное количество слоев, функционализация его поверхности и многие другие факторы могут оказывать влияние на его свойства.

К тому же фактически во многих областях графен все еще остается «чудесным материалом» – скорее всего, результаты, полученные Бэнксом, не повлияют на возможность применения графена в качестве прозрачной проводящей системы для сенсорных экранов или для отводящих тепло радиаторов.

Сам Бэнкс добавляет, что для некоторых областей электрохимии медленный перенос электронов на электроды представляет собой скорее преимущество, чем недостаток – несмотря на вновь вскрывшиеся обстоятельства, графен еще обладает огромным потенциалов в качестве материала будущего.