Американские ученые научились превращать обычный этилен в сверхчистый графен, что удешивит производство этой “нобелевской” формы углерода, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physical Chemistry C.

“Так как графен состоит из углерода, мы попытались получить его, используя простейшие углеродные молекулы. Как оказалось, невидимые молекулы этилена действительно можно превращать в гигантские листы графена, заметные невооруженному глазу”, — заявил Узи Ландмэн (Uzi Landman) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены структурой химических связей, напоминающих по геометрии пчелиные соты. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами. За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму в 2010 году присудили Нобелевскую премию по физике.

Проникновению графена в промышленность и быт мешает то, что все современные методики его создания не рассчитаны на массовость и требуют или редких и очень дорогих материалов, или фактически ручного контроля за производством. Все попытки вырастить графен из набора относительно простых углеводородных или других органических молекул закончились безуспешно.

Ландмэн и его коллеги заявляют, что им удалось решить эту проблему, применив два новшества – особый катализатор на базе благородного металла родия и нагрев исходного сырья до очень высоких температур.

Схема производства листов графена из молекул этилена
Схема производства листов графена из молекул этилена

Как оказалось, молекулы этилена (природного газа, из которого делают обычные полиэтиленовые пакеты) могут самостоятельно превращаться в листы графена, если постепенно нагреть смесь из газа и катализатора до примерно 700 градусов Цельсия.

Рост температуры, как рассказывают физики, изменяет взаимодействие этилена с родием — сначала газ превратится в одномерные молекулы, похожие по структуре на бензол, а затем их нити соединятся друг с другом, избавятся от водорода и сформируют шестиугольные соты графена. По словам ученого, постепенный нагрев катализатора заставляет водород в буквальном смысле выкипеть из молекул этилена, так что в нем останется только углерод.

Как считает Ландмэн, полученный таким способом графен будет фактически абсолютно чистым и свободным от любых примесей, которые могут сильно менять его электрические и физические свойства.

Пока такие листы графена нельзя использовать в промышленных целях, поскольку они остаются прикрепленными к пластине катализатора. В ближайшее время Ландмэн и его коллеги планируют найти способ отделить графен от родия.