Из нитрида бора создали «полимерные ковры» для использования в альтернативной энергетике

Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами нашли новый способ функционализировать так называемый «белый графен» — гексагональный нитрид бора, — не разрушая его и не изменяя его свойства. Исследователям удалось синтезировать на образцах «полимерный наноковер» с сильной ковалентной связью. Такая модификация помогает решить проблемы с его использованием и транспортировкой. Статья была опубликована в журнале Small.

По словам одного из авторов статьи, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауля Родригеса, этот проект является продолжением масштабных исследований, посвященных модифицированию сверхтонкого проводника электричества и тепла — графена.

«Прогресс в исследованиях графена вызвал огромный интерес к новым типам 2D-материалов, таким как, например, гексагональный нитрид бора (BN). Они обладают интересными оптическими, механическими и электронными свойствами. При этом графен является проводником, а гексагональный нитрид бора — диэлектриком (не пропускает электричество). Для его успешного использования материал необходимо было функционализировать — добиться стабильной химической связи между функционализирующей молекулой и слоем», — говорит Рауль Родригес.

Нитрид бора — бинарное соединение бора и азота. При этом гексагональный нитрид бора, или белый графен, — это белый похожий на тальк порошок, имеющий гексагональную графеноподобную кристаллическую структуру. Он устойчив к воздействию высоких температур и химических веществ, имеет очень низкий коэффициент трения, является как отличным диэлектриком, так и хорошим теплопроводником, не токсичен. Материалы на его основе широко используются в реакциях промышленного органического синтеза, при крекинге нефти, для изготовления изделий высокотемпературной техники, производства полупроводников, средств для тушения возгораний и так далее.

«Нам впервые удалось функционализировать ковалентно гексагональный нитрид бора без использования сильных химических составов и внесения новых дефектов в материал. В ранее предложенных подходах получается, по сути, другой материал с измененными свойствами — гидролизованный нитрид бора. Мы же использовали неизбежные нанодефекты, которые уже присутствуют в материале, не увеличивая их количество, и экологически чистый процесс фотополимеризации», — поясняет Рауль Родригес.

Для получения материала на тонкую подложку с гексагональным нитридом бора помещается специальный раствор с различными мономерами, например стиролом, метилметакрилатом и другими. Затем под действием света в процессе фотокатализа полимер на поверхности гексагонального нитрида бора начинает «расти». Причем его толщина зависит от длительности облучения.

«Исследования показали, что в результате мы получили однородные и прочные полимерные "наноковры", которые могут быть отделены от поддерживающей подложки и использоваться отдельно. И это достаточно универсальная технология, так как для функционализации мы использовали разные мономеры, которые позволяют получать материалы со свойствами, оптимальными для использования в устройствах различного применения», — говорит ученый.

Один из перспективных вариантов использования материала — катализаторы для расщепления воды на водород и кислород. Для этого белый графен с «полимерными наноковрами» на поверхности выступал в качестве носителя активного вещества — матрицы. В нее интегрировались наночастицы никеля. Полученные катализаторы использовались для электрокатализа. Исследования показали, что они могут быть успешно использованы в качестве альтернативы вместо дорогих платины или золота.

«Одна из важных проблем в катализе — заставить исходное вещество достичь активных центров катализатора. "Полимерные ковры" формируют водопроницаемую трехмерную структуру, которая помогает увеличить площадь соприкосновения активных центров катализатора с водой и делает процесс получения водорода более эффективным. Это очень перспективно для производства экологически чистого водородного топлива. Проведенное исследование вызвало большой интерес у рецензентов журнала, и редактор предложил разместить графический материал из нашей статьи на обложке Small», — говорит Рауль Родригес.

Исследования проводились совместно с учеными из Технического университета Дрездена (Германия), Корнелльского университета (США) и других.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.