تبدیل کک نفتی به گرافن انجام شد

در یک پروژه مشترک میان شرکت اکسون‌موبیل (ExxonMobil) و دانشگاه تگزاس، محققان توانستند از کک نفتی، گرافن تولید کنند.

محققان و شرکت اکسون موبیل در حال توسعه روشی برای بازفرآوری کک نفتی – محصول جانبی پالایش نفت خام – به با استفاده از یک فرآیند شیمیایی به نام لایه‌برداری الکتروشیمیایی هستند. نتایج این مطالعه در NPJ 2D Materials and Applications منتشر شد.

نفت خام مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف است که بخش‌های سبک آن به گاز طبیعی می‌رود در حالی که سنگین‌ترین بخش‌ها مواد چسبناک یا حتی جامد را تشکیل می‌دهند. یکی از محصولاتی که در حجم بالا از پالایش نفت خام به دست می آید، کک نفتی جامد است.

اگرچه راه‌های زیادی برای استفاده از کک نفتی وجود دارد، این فرآیندها مقادیر بالایی از دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کنند. به همین دلیل، صنعت به دنبال موادی با آلایندگی کم و با ارزش بالا است که بتوان از نفت خام استخراج کرد.

یک راه حل ممکن، استفاده مجدد از کک نفتی غنی از کربن برای تولید گرافن است، یک ماده ورقه مانند همه کاره که از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است.

به طور معمول، گرافن از گرافیت لایه برداری می‌شود. محققان بررسی کردند که آیا فرآیندهای شیمیایی تولید گرافن از مواد مشتق شده از سوخت فسیلی را تسهیل می‌کند یا خیر.

محققان کک را در محلول الکترولیت با دو الکترود قرار دادند. هنگامی که ولتاژ را به الکترود کار اعمال می‌کنند، گونه‌های یون منفی از الکترولیت در فرآیندی به نام intercalation به میان صفحات گرافن مهاجرت می‌کنند.

وقتی کک منبسط شد، گرافن از آن جدا می‌شود. در واقع یون‌های منفی در این فرآیند ایجاد می‌شوند و به فضاهای بین صفحات گرافن حرکت می‌کنند و محصول جانبی کک و جداسازی گرافن را تکمیل می‌کنند.

بسیاری از کاربردهای گرافن نیاز به رسانایی بالایی دارند، اما اینکه گرافن حاصل از کک نفتی می‌تواند چنین عملکردی داشته باشد، ناشناخته بود.

گرافن ایجاد شده از کک دارای رسانایی ۵۰ زیمنس بر متر در مقایسه با یک باتری لیتیوم یون معمولی است که رسانایی الکتریکی آن حدود ۱۵۰ تا ۱۶۰ زیمنس بر متر است. با عملیات حرارتی به نام بازپخت، محققان می‌توانند رسانایی را حتی بالاتر ببرند و آن را با الکترودهای باتری‌های لیتیوم یون مقایسه کنند.