Иранские ученые разработали низкотемпературный способ превращения полимеров в графен

Иранские исследователи представили инновационный низкотемпературный метод преобразования неграфитизируемых полимеров в структуры на основе графена. Разработка может изменить будущее производство аккумуляторов, суперконденсаторов, накопителей энергии и новых технологий на основе углеродных материалов, сообщает IRNA, партнер TV BRICS.

Для графитизации большинства полимеров, как правило, требуются температура около 3000°C или специальные системы высокого давления. Новое исследование же показало, что в сульфированных полимерных микросферах могут быть созданы графен и графитоподобные структуры уже при температуре 1100°C без использования катализаторов, металлических или органических добавок или сложного промышленного оборудования.

Ученые объяснили свое открытие сложной структурой полостей в полимерных микросферах. Узкие полости в форме бутылочек с чернилами представляют собой сеть мелкомасштабных открытых пространств, соединенных узкими отверстиями, и действуют как замкнутые «нанореакторы», задерживая ароматические частицы, высвобождающиеся во время карбонизации. Вместо того чтобы улетучиваться, они перестраиваются в ограниченном пространстве, обеспечивая слияние бензольных колец и инициируя постепенное формирование графеновых слоев.

Спектроскопический и структурный анализы показывают постепенную трансформацию: раннее слияние колец начинается при температуре около 250°C, расширение ароматической сетки происходит при температуре около 450°C, слои графена начинают формироваться при температуре около 900°C, а при температуре 1100°C появляется графитоподобная структура.

Ценность научного открытия заключается простоте и экономичности процесса. Традиционные способы превращения неграфитизируемых полимеров в материалы на основе углерода основаны на использовании металлических катализаторов или экстремальных технологических сред.

Новый метод требует только контролируемой программы нагрева и основан на естественном удержании побочных молекулярных продуктов в наноразмерных порах, что позволяет проводить графитизацию под давлением окружающей среды и значительно снижает производственные затраты.

Полученные результаты открывают путь к масштабному и недорогому производству графена и передовых углеродных материалов, что дает новые возможности для энергетической промышленности, производства высокопроизводительных электродов и углеродных систем, конденсаторов и систем накопления энергии.

Фото: Jacob Wackerhausen / iStock