Demuestran que el grafito de partida determina la calidad del grafeno

Mono-láminas de óxido de grafeno observadas mediante microscopia de transmisión electrónica (TEM). Foto: INCAR-CSIC.

Mono-láminas de óxido de grafeno observadas mediante microscopia de transmisión electrónica (TEM). Foto: INCAR-CSIC.

El Grupo de Materiales Compuestos del INCAR-CSIC ha conseguido optimizar la síntesis de grafeno por vía química a partir del grafito. Los investigadores han obtenido un mayor grado de perfección que el logrado hasta ahora con dicha tecnología, una forma de producción especialmente adecuada para su uso industrial.

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Si se emplean como materia prima grafitos más cristalinos y con menos defectos, aumentan el grado de perfección y el tamaño de lámina del grafeno obtenido por vía química. Así resumen los investigadores un resultado de investigación publicado en la revista científica Carbon y obtenido en el marco de MULTICAT, un proyecto Consolider-Ingenio 2010 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y coordinado por el Instituto de Tecnología Química de Valencia.  

Junto a las características del grafito de partida, también existen otras variables que condicionan el resultado, explican los investigadores del INCAR-CSIC. “Si se opta por la vía química, estos factores son los relacionados con el control y el grado de severidad de todos los pasos del proceso de síntesis del grafeno”, señala Rosa Menéndez, responsable del grupo de Materiales Compuestos del INCAR y coordinadora del CSIC en Asturias.

En palabras de la investigadora, la vía química para producir grafeno “es la más competitiva económicamente y puede adaptarse a la producción a escala, dos aspectos básicos para llevar los materiales grafénicos al entorno industrial”.

Imperfecciones “ventajosas”
Si bien los grafenos sintetizados por vía química presentan más defectos -como vacantes atómicas o grupos funcionales residuales- que los obtenidos por otras técnicas, esas alteraciones “en algunos casos son ventajas extraordinariamente útiles para algunas aplicaciones, como las vinculadas con el almacenamiento de energía, el diseño de procesos industriales limpios y la biomedicina”, afirma Rosa Menéndez. De ahí que los investigadores hablen de grafenos o materiales grafénicos en plural, teniendo en cuenta la gran variedad estructural que se puede lograr al producirlo. Una diversidad, indican, que distingue a un grafeno u otro como más adecuado para un tipo concreto de aplicación.

En cambio, aplicaciones relacionadas con la electrónica requieren grafenos de mayor perfección, y para obtenerlos se emplean otros procedimientos, como depósito en fase vapor o exfoliación mecánica.

Recientemente, los investigadores del Grupo de Materiales Compuestos del INCAR-CSIC han patentado una tecnología para obtener grafeno a bajo coste y a partir de coque, un producto derivado del carbón y el petróleo.

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Referencias bibliográficas:
•    Cristina Botas, Ana M. Pérez-Mas, Patricia Álvarez, Ricardo Santamaría, Marcos Granda, Clara Blanco, Rosa Menéndez: “Optimization of the size and yield of graphene oxide sheets in the exfoliation step”. Carbon 63, 2013, 576–578. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2013.06.096

•    C. Botas, P. Alvarez, C. Blanco, R. Santamaría, M. Granda, P. Ares, F. Rodríguez-Reinoso, R. Menéndez: “The effect of the parent graphite on the structure of graphene oxide”. Carbon 50 (1), 2012, 275-282. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2011.08.045

•    C. Botas, P. Alvarez, C. Blanco, M.D. Gutiérrez, P. Ares, R. Zamani, J. Arbiol, J.R. Morante, R. Menéndez: “Tailored graphene materials by chemical reduction of graphene oxides of different atomic structure”. RSC Advances 2 (25), 2012, 9643-9650. http://dx.doi.org/10.1039/c2ra21447d

•    Z. Gonzalez, C. Botas, C. Blanco, R. Santamaría, M. Granda, P. Alvarez, R. Menéndez: “Graphite oxide-based graphene materials as positive electrodes in Vanadium redox-flow batteries”. Journal of  Power Sources, 241, 2013, 349-354

Más información:

Catalizadores para una química y energía sostenibles
El proyecto MULTICAT está dirigido a diseñar catalizadores con capacidad de reconocimiento molecular, similares a las enzimas, para mejorar las reacciones en procesos químicos sostenibles y en la producción limpia de energía. El proyecto, vigente desde 2009 y hasta 2014, está financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad en el marco del Programa CONSOLIDER-INGENIO 2010. Coordinado por el Instituto de Tecnología Química de Valencia, participa el Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC), la Universidad de Zaragoza, la Universidad de Castilla-La Mancha y el Instituto de Química Orgánica General del CSIC (IQOG-CSIC). Por el momento, la iniciativa ha permitido a los investigadores del INCAR sintetizar una gran variedad de carbones activados, grafenos con distintas estructuras y tamaños de lámina y nanotubos de carbono, que han mostrado utilidad como coadyuvantes en diversas reacciones químicas.

Proyecto europeo: grafeno a partir de derivados del carbón
Marcos Granda, investigador del grupo que dirige Rosa Menéndez, coordina el proyecto europeo COALPHENES, con el objetivo de obtener materiales compuestos de grafeno a partir de derivados del carbón para aplicaciones que requieran materiales con una alta capacidad de disipación de calor.  En el proyecto, con una duración de tres años y financiado por la Comisión Europea, participan, además del INCAR-CSIC, Industrial Química del Nalón, la Universidad tecnológica de Wroclaw (Polonia) y la Universidad de Leeds (Reino Unido). La reunión de arranque del proyecto y presentación a los medios de comunicación será el próximo septiembre en Oviedo.

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