Dwutlenek węgla to zmora naszych czasów. Od wielu lat emitujemy go tak dużo, że przyczyniamy się do pojawiania się kolejnych zmian klimatycznych, a te bywają katastrofalne w skutkach. Jeśli chcemy ten proces zatrzymać, musimy nie tylko natychmiast zredukować ilość emitowanego przez nas do atmosfery CO2, ale również pozbyć się części tego, który już wyemitowaliśmy. Na szczęście, teraz pojawił się na to świetny sposób.
Badacze z Instytutu Technologicznego w Karlsruhe (KIT) opracowali prostą metodę, która pozwala na przekształcanie kłopotliwego gazu, jakim jest dwutlenek węgla, w „cudowny” i cenny materiał, jakim jest… grafen.
Grafen to bardzo interesująca, a zarazem bardzo prosta substancja. Stanowi bowiem płaską strukturę złożoną z atomów węgla połączonych w sześciokąty, przypominającą plaster miodu i posiadającą jednoatomową grubość. Z drugiej strony jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła oraz elektryczności, ma ogromną wytrzymałość na rozciąganie, niewielką rezystywność, a także wiele innych ważnych właściwości.
Początkowo grafen wytwarzano przez odrywanie kolejnych warstw z grafitu, z pomocą taśmy klejącej. Na przestrzeni lat udało się jednak opracować wiele innych metod uzyskiwania go, takich jak laserowe wyodrębnianie go z drewna lub chemiczne soi czy liści eukaliptusa.
Obecnie najczęściej wytwarza się grafen poprzez „chemiczne osadzanie z fazy gazowej” (CVD). W ramach tej techniki gazowe źródło węgla, najczęściej metan, jest wpompowywane do komory wraz z innymi gazami. Wewnątrz tej komory cienka płytka materiału, na przykład metalu, działa jako katalizator oraz substrat. Gaz w komorze wchodzi w reakcję chemiczną z płytką i wytwarza cienką warstwę grafenu na jej powierzchni.
Metoda badaczy z KIT jest bardzo podobna do tej opisanej powyżej, ale zamiast metanu wykorzystuje dwutlenek węgla. Dzięki temu zapewnia dodatkową korzyść w postaci usuwania tego gazu z atmosfery. Dwutlenek węgla jest wpompowywany do komory wraz z wodorem, a katalizatorem jest w tym przypadku płytka wykonana z miedzi i palladu. Proces wytwarzania grafenu przeprowadza się w towarzystwie ciśnienia atmosferycznego i temperatury 1000 stopni Celsjusza.
Grafen wytworzony na płytce składającej się z miedzi i palladu | Źródło: KIT
„Jeśli metalowa powierzchnia zawiera odpowiednie proporcje miedzi i palladu, konwersja dwutlenku węgla do grafenu nastąpi bezpośrednio w prostym, jednoetapowym procesie.”, powiedział Mario Ruben, jeden z badaczy.
Zespół zdołał pokazać że jego technika działa i pozwala na wytwarzanie wielu warstw grafenu na raz. W najbliższej przyszłości badacze zamierzają użyć uzyskany w ten sposób grafen do stworzenia działających komponentów elektronicznych. Rzecz jasna, w tej chwili omawiana metoda przyczynia się do usuwania niewielkich ilości dwutlenku węgla z atmosfery, ale jeśli zacznie być wykorzystywana powszechniej, jej pożyteczność w tej kwestii proporcjonalnie wzrośnie.
Źródło: KIT