فرضیات پیشین بر این اساس بود که ورق‌های کربنی یعنی گرافن به همان اندازه گرافیت، بی اثر هستند. اما اکنون مشخص شده است که گرافن می‌تواند یک کاتالیزور باشد. این نتایج توسط تیمی از دانشمندان به سرپرستی پروفسور آندره گیم از موسسه ملی گرافن (NGI) ارائه شده است.
برنده جایزه نوبل: گرافن می‌تواند به‌عنوان کاتالیست استفاده شود
پژوهشگران بریتانیایی این پروژه نشان دادند که گرافن دارای موج‌هایی سطحی در مقیاس نانو بوده که می‌تواند هم تقسیم هیدروژن را کاتالیز کند و هم کارایی شبیه به کاتالیزورهای مبتنی بر فلز داشته باشد. این ویژگی احتمالاً می‌تواند در هر ماده دو بعدی که ذاتاً غیر مسطح است، وجود داشته باشد.
تیم منچستر با همکاری دانشمندان چینی و آمریکایی، مجموعه‌ای از آزمایشات را انجام داد تا نشان دهد که استحکام ساختاری گرافن اجازه می‌دهد تا یک کاتالیزور قوی باشد. در مرحله اول ، با استفاده از طیف سنجی رامان و اندازه‌گیری جریان گاز فوق‌العاده حساس، آن‌ها ثابت کردند که چروک‌های روی سطح گرافن مربوط به واکنش شیمیایی آن با هیدروژن مولکولی (H2) است و انرژی فعال سازی برای تفکیک آن در هیدروژن اتمی (H) نسبتاً ناچیز بود.
این تیم ارزیابی کرد که آیا این واکنش‌پذیری برای تبدیل شدن مواد به یک کاتالیزور مؤثر کافی است. آن‌ها ترکیبی از گازهای دوتریوم (D2) و هیدروژن را به کار بردند و کشف کردند که گرافن به‌عنوان یک کاتالیزور قوی عمل می‌کند و D2 و H2 را به HD تبدیل می‌کند. این مخالف با ویژگی‌های گرافیت و سایر مواد مبتنی بر کربن در شرایط یکسان بود.
تجزیه و تحلیل گاز نشان داد که مقدار HD تولید شده توسط گرافن یکپارچه تقریباً همانند کاتالیزورهای هیدروژن شناخته شده مانند اکسید منیزیم، زیرکونیا و مس بود، اما گرافن فقط در مقادیر کمی مورد نیاز بود.
پنگژان سان، از محققان این پروژه در دانشگاه منچستر می‌گوید: «مقاله ما نشان می‌دهد که گرافن آزاد با گرافیت کاملاً متفاوت است. هر چند که از نظر شیمیایی گرافیت بسیار بی اثر هستند، ما نشان دادیم که فراز و نشیب‌های نانویی روی سطح گرافن برای کاتالیز کردن مناسب هستند.»
وی افزود: «در مورد گرافن، مطمئناً می‌توانیم انتظار داشته باشیم که در سایر واکنش‌ها از نظر کاتالیستی و شیمیایی فعال باشد.»
پروفسور آندره گیم، از دانشگاه منچستر می‌گوید: «مواد دو بعدی اغلب به عنوان ورق‌های اتمی مسطح تلقی می‌شوند و اثرات ناشی از موج‌های غیر قابل اجتناب نانویی موجود در سطح آن تاکنون نادیده گرفته شده است. کار ما نشان می دهد که این اثرات می تواند چشمگیر باشد و پیامدهای مهمی برای استفاده از مواد دو بعدی داشته باشد. به‌عنوان مثال، سولفید مولیبدن و سایر کالکوژنیدها به صورت توده‌ای اغلب به عنوان کاتالیزور سه بعدی استفاده می‌شوند. حال باید ببینیم که آیا آن‌ها می‌توانند در فرم دو بعدی خود فعال‌تر باشند، اگر چنین باشد، نباید زیاد تعجب کرد.»
