محققان کره‌ای روشی برای ساخت الکتروکاتالیست گرافنی ارائه کردند که برای استفاده در پیل های سوختی مناسب است. مزیت این کاتالیست، پایداری بالای آن نسبت به کاتالیست‌های تجاری موجود در بازار است.
ساخت الکتروکاتالیست گرافنی کارا برای پیل‌های سوختی
یک تیم تحقیقات کره‌ای از دانشگاه ملی اولسان موفق به ساخت الکتروکاتالیستی عاری از فلز شده‌اند که عملکرد بالایی داشته و بسیار پایدار است. این گروه نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای با عنوان Covalent functionalization based heteroatom doped graphene nanosheet as a metal-free electrocatalyst for oxygen reduction reaction در نشریه Nanoscale به چاپ رسانده است.
سوخت‌های فسیلی بسیار محدود هستند؛ نیاز روزافزون به انرژی، محققان را ترغیب کرده تا به دنبال تولید انرژی از منابع دیگر باشند. پیل‌های سوختی یکی از گزینه‌های اصلی است، دلیل این امر دانسیته بالای تولید انرژی در آنها و زیست‌سازگار بودن این فناوری است.
الکتروکاتالیست برای احیاء اکسیژن اولین بخش مهم در این فناوری است که می‌تواند عملکرد پیل‌های خورشیدی را به شدت افزایش دهد. برای ساخت پیل‌های سوختی تجاری، مهندسان به الکتروکاتالیست‌های کارا و سریعی نیاز دارند که بتواند گاز هیدروژن را شکسته و الکتریسیته تولید کند.
این گروه تحقیقاتی موفق به تقویت ساختار گرافن شدند که این کار با عامل‌دار کردن کووالانسی مولکول‌های آلی در سطح گرافن انجام می‌شود. طی فرآیند عملیات حرارتی این کار انجام شده و الکتروکاتالیست جدیدی متولد می‌شود.
شمایی کلی برای این اکسید گرافن عامل‌دار شده.
روش‌های متعددی برای تقویت گرافن با نیتروژن وجود دارد که با استفاده از آنها می‌توان نیتروژن را وارد گرافن کرد. اما در برخی از این روش‌ها نیاز به گازهای سمی بوده و همچنین کنترل مقدار تقویت ساختار با نیتروژن دشوار است.
این گروه تحقیقاتی روشی ساده برای عامل‌دار کردن شیمیایی گرافن ارائه کردند. محصول به‌دست آمده گرافنی است که با نیتروژن تقویت شده و از آن می‌توان به‌عنوان الکتروکاتالیست برای احیاء اکسیژن استفاده کرد.
پژوهشگران پودر اکسید گرافیت را از گرافیت به‌دست آورده و پس از لایه‌برداری و اکسیداسیون، آن را به اکسیدگرافن تبدیل می‌کنند. نانوورقه‌های اکسیدگرافن دارای گروه‌های عاملی کربوکسیلی، اپوکسی و هیدروکسیلی در لبه‌های خود هستند.
اکسیدگرافن عامل‌دار که در فاز محلول غوطه‌ور شده، می‌تواند در حضور اتیل دی‌متیل‌آمینوپروپیل کاربودی‌امید با گروه آمینی واکنش داده و گروه آمیدی ایجاد شود. این ترکیب در دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد در اتمسفر آرگون به مدت یک ساعت حرارت دیده که این کار موجب وارد شدن نیتروژن به ساختار آن و خروج اکسیژن می‌شود.
این ترکیب نسبت به کاتالیست‌های پلاتین/کربن تجاری از پایداری بیشتری برخوردار است. محققان معتقداند که این روش را می‌توان برای تقویت گرافن با عناصری نظیر گوگرد و بور نیز به کار برد.
