Yeni yöntem: karbondioksitten grafen hazırlama
Kılavuzu
Almanya'daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nün resmi web sitesinde yer alan yakın tarihli bir rapora göre, okuldaki araştırmacılar grafen hazırlamak için hammadde olarak karbondioksiti kullanıyor.
arka fon
Fosil yakıtların (kömür veya petrol gibi) yakılması, elektrik, ısı ve kinetik enerjiye dönüştürülebilen çok miktarda enerji açığa çıkarır. Ancak bu, atmosferdeki karbondioksit miktarının artmasına da neden olarak küresel ısınmaya yol açtı.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bu nedensel zinciri kesme fikri, bilim insanlarına fosil yakıtlar için alternatif enerji kaynakları ve karbondioksit için başka kullanımlar bulma konusunda ilham verdi. Bir olasılık, karbondioksiti, değerli malzemeleri sentezlemek ve belki de karlı bir şekilde yeniden kullanılabilir bir döngüye geri beslemek için ucuz bir hammadde olarak kullanmaktır.
(Resim kaynağı: Kaiyang Niu ve Haimei Zheng / Berkeley Lab)
(Resim kaynağı: Cornell Üniversitesi)
Yenilikçilik
Bugün, Alman bilim adamlarının karbondioksiti kimyasal reaksiyonlar için değerli bir hammadde olarak nasıl kullandıklarını tanıtmak istiyorum.
Yakın zamanda, Almanya'daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT), ChemSusChem dergisinde bu olağandışı uygulamayı bildirdi. Grafen hazırlamak için hammadde olarak karbondioksit kullanıyorlar ve teknik bir malzeme olan grafen şu anda yoğun bir araştırma konusu.
teknoloji
Doğada güzel bir örnek var. Bitki yapraklarında fotosentez sırasında ışık, su ve karbondioksit kombinasyonu doğum materyalini oluşturur.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bu süreçte, metal bazlı ribuloz difosfat kondensatının (RuBisCo) görevi, karbondioksiti havadan emmek ve bitkilerde daha fazla kimyasal reaksiyon için kullanılabilir hale getirmektir.
Metalloenzimlere dayanan bu doğal dönüşümden esinlenen Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar yeni bir süreç gösterdi. Bu işlem sayesinde, sera gazı karbondioksit ve hidrojen, 1.000 santigrat dereceye kadar bir sıcaklık ve özel olarak hazırlanmış katalitik olarak aktif bir metal yüzey yardımıyla doğrudan grafene dönüştürülür.
(Resim kaynağı: E. Moreno-Pineda, KIT)
2004 yılında, İngiltere'deki Manchester Üniversitesi'nden Profesör Andre Heim ve Konstantin Novoselov, yüksek derecede yönlendirilmiş pirolitik grafitten grafit pullarını soydu ve ardından grafit pullarının her iki tarafını da özel bir banda yapıştırdı. Bandı yırtarak grafit levha ikiye bölünebilir. Bu tür sürekli işlem sayesinde, tabaka daha ince ve daha ince hale gelir ve sonunda, sadece bir karbon atomu tabakasından oluşan petek yapılı bir tabaka, yani grafen elde edilir. İkisi de bunun için 2010'da Nobel Ödülü'nü kazandı.
(Fotoğraf kredisi: Tatiana Shepeleva / Shutterstock)
Bu benzersiz yapı grafeni mükemmel performansla donatarak grafeni "yeni malzemelerin kralı" olarak tanınır hale getiriyor. Grafenin kalınlığı insan saçının çapının milyonda biri kadardır, ancak gücü çelikten yüz kat daha iyidir ve elektrik iletkenliği bakırdan daha iyidir.Bu özellikler elektronik cihazlar için çok uygundur. Ek olarak, grafen iyi bir esnekliğe sahiptir, bu nedenle gelecekteki esnek elektronik cihazlarda kullanılması da çok ümit vericidir.
(Resim kaynağı: Graphene Flagship)
Günümüzde grafen, esnek elektronikler, yüksek verimli transistörler, yeni sensörler, yeni malzemeler, piller, süper kapasitörler, yarı iletken üretimi, yeni enerji, iletişim, terahertz teknolojisi, tıbbi tedavi, havacılık enerji teknolojisi, moleküler elektronikler gibi birçok alanda kullanılmaktadır.
Grafen esnek NFC anteni (Resim kaynağı: Graphene Flagship)
Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nden birkaç araştırma grubu, ChemSusChem dergisinde grafeni bir metal katalizör aracılığıyla karbondioksit ve hidrojenden ayırmak için bir yöntemi ortaklaşa gösterdi.
Bu araştırmanın lideri, Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (AOC) Molekulare Materialien'in Nanoteknoloji Enstitüsü (INT) ve İnorganik Kimya Enstitüsü'nden (AOC) Profesör Mario Ruben şunları söyledi: Metal yüzeyinde bakırın paladyuma oranı Doğru, karbondioksidin grafene dönüşümü doğrudan tek adımlı basit bir işlemle üretilecek. "
değer
Sonraki deneylerde, araştırmacılar pillerde, elektronik bileşenlerde veya filtre malzemelerinde kullanılması beklenen birkaç grafen tabakası bile üretebilirler.
Çalışma grubunun bir sonraki araştırma hedefi, bu şekilde elde edilen grafenden fonksiyonel elektronik bileşenler yapmaktır. Grafen ve manyetik moleküller gibi karbon malzemeler geleceğin kuantum bilgisayarlarının temeli olacak Kuantum bilgisayarlar ultra yüksek hızlı ve enerji tasarrufu sağlayan hesaplamalar getirecek ve günümüz bilgisayarlarının ikili mantık cihazlarına dayanmamaktadır.
Anahtar kelime
Karbondioksit, grafen, kuantum bilgisayar
Referans
[1] Concepción Molina-Jirón, Mohammed Reda Chellali, C. N. Shyam Kumar, Christian Kübel, Leonardo Velasco, Horst Hahn, Eufemio Moreno-Pineda, Mario Ruben. Cu Pd Alaşımları Kullanılarak CO2'nin Çok Katmanlı Grafene Doğrudan Dönüşümü. ChemSusChem, 2019; DOI: 10.1002 / cssc.201901404
[2] https://www.kit.edu/kit/english/pi_2019_090_producing-graphene-from-carbon-dioxide.php
