Сотрудники Университета Северного Иллинойса и Южного методистского университета (оба — США) показали, что графен можно получать при сжигании магния в диоксиде углерода.

Реакция, в которой образуется графен, имеет предельно простой вид:

Сам процесс горения некоторых металлов в атмосфере двуокиси углерода давно известен; существуют даже проекты создания двигательной установки космических аппаратов, которая использует сжиженный CO₂ и металлы в качестве окислителя и топлива.

«Никто, однако, не рассматривал возможность конвертирования углекислоты в твёрдые наноструктурированные углеродные материалы», — замечает руководитель нового исследования Нараян Хосмейн (Narayan Hosmane).

В своих опытах авторы, изначально рассчитывавшие на получение однослойных нанотрубок, сжигали кусочек магния в «чашке» из сухого льда (твёрдой двуокиси углерода), закрытой выполненной из того же льда пластиной. Продукты реакции помещали в лабораторный стакан с раствором соляной кислоты, удаляя ненужные MgO и Mg, которые реагируют с HCl с образованием хлорида магния MgCl₂, растворимого в воде. Выделенный твёрдый углеродный остаток высушивали при температуре 100 ˚C в высоком вакууме.

Рис. 1. Участник исследования Амартия Чакрабарти (Amartya Chakrabarti) демонстрирует полученный графен.

Этот материал попадал под просвечивающий электронный микроскоп и исследовался по методикам рамановской спектроскопии, энергодисперсионного рентгеновского анализа и рентгеновской дифракции на порошке. Результаты всех измерений указывали на то, что основной составляющей углеродного остатка были листы графена толщиной в несколько атомарных слоёв.

«Такую реакцию вполне можно использовать для промышленного изготовления графена, — резюмирует г-н Хосмейн. — Методика технологична, проста и работает без участия опасных химических веществ».

Рис. 2. Разные образцы графена под микроскопом (иллюстрация из Journal of Materials Chemistry).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Amartya Chakrabarti, Jun Lu, Jennifer C. Skrabutenas, Tao Xu, Zhili Xiao, John A. Maguire and Narayan S. Hosmane Conversion of carbon dioxide to few-layer graphene. – Journal of Materials Chemistry. – 2011, 21, 9491–9493; DOI: 10.1039/C1JM11227A.