Karbondioksitten Grafen Üretmek

Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’ndeki (KIT) bir çalışma grubu, alışılmadık bir uygulamayı ChemSusChem yayınında raporladı. Araştırmacılar halen yoğun bir çalışmanın konusu olan teknolojik bir malzeme olan grafeni üretmek için hammadde olarak karbondioksit kullanıyorlar. Kömür ve petrol gibi fosil yakıtların yanması elektrik, ısı ve hareket için enerji üretir, ancak atmosferdeki karbondioksit miktarının artmasına ve dolayısıyla küresel ısınmaya yol açar. Bu nedensel zinciri kesmek için yapılan çalışmalar, bilim insanlarını alternatif enerji kaynaklarını aramaya, aynı zamanda karbondioksitin alternatif kullanım alanlarını bulmaya yönlendirir. Bir olasılık, karbondioksiti değerli malzemelerin sentezi için ucuz bir hammadde olarak görmek ve belki de karlı bir şekilde tekrar kullanılabilirlik döngüsüne geri beslemek olabilir. Bunun için doğadaki bir örnek gösterilebilir; bitkilerin yapraklarındaki fotosentez sırasında, ışık, su ve karbondioksit kombinasyonu, doğal madde döngüsünü kapatarak biyokütle oluşturur. Bu süreçte, havadaki karbon dioksiti emmek ve bitkide daha sonraki kimyasal reaksiyonlar için kullanılabilir kılmak, metal bazlı enzim RuBisCo’nun işidir. Bu metal enzim bazlı doğal dönüşümden ilham alan KIT araştırmacıları, özel olarak hazırlanmış aktif metal yüzeylerin yardımıyla sera gazı karbondioksitinin, hidrojen gazı ile birlikte 1000 derece santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda doğrudan grafene dönüştürüldüğü bir işlem sunmaktadır. Grafen, elektriksel özelliklere sahip olan ve bu nedenle gelecekteki elektronik bileşenler için bir seçenek olan, kimyasal element karbonunun iki boyutlu şeklidir. 2004’teki keşfi ve işlenebilirliği dünya çapında yoğun araştırmalara yol açtı. Bu keşif 2010 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü Andre Geim ve Konstanin Novoselov’a kazandırmıştı. Geim ve Novoselov grafeni bant kullanarak grafit bloğundan manüel olarak çıkarmıştı. Çalışmanın lideri, Nanoteknoloji Enstitüsü (INT) Molekulare Materialien çalışma grubundan ve KIT’deki İnorganik Kimya Enstitüsü’nden (AOC) Profesör Mario Ruben, “Metal yüzeyi doğru bakır ve paladyum oranında ise, karbon dioksitin grafene dönüşümü doğrudan tek adımda gerçekleşecektir"diyor. Daha ileri deneylerde, araştırmacılar elektronik bileşenlerde veya filtre malzemelerinde olası uygulamalar için ilginç olabilecek birkaç kat kalınlıkta grafen üretebildiler. Çalışma grubunun bir sonraki araştırmasının amacı, bu şekilde elde edilen grafenden, çalışan elektronik bileşenler oluşturmaktır. Grafen ve manyetik moleküller gibi karbon malzemeler, ultra hızlı ve enerji açısından verimli hesaplamalar sağlayan ancak günümüz bilgisayarlarının ikili mantığına dayanmayan gelecekteki kuantum bilgisayarlar için yapı taşları olabilir. Karbondioksit (kırmızı-siyah) ve hidrojen (gri) bakır-paladyum yüzeylerinde grafene (siyah) katalitik olarak reaksiyona girer. (Resim: E. Moreno-Pineda, KIT)

Kaynak: Concepción Molina-Jirón, Mohammed Reda Chellali, CN Shyam Kumar, Christian Kübel, Leonardo Velasco, Horst Hahn, Eufemio Moreno-Pineda ve Mario Ruben: “Direct Conversion of CO₂ to Multi-Layer Graphene using Copper-Palladium Alloys” (Bakır Palladyum Alaşımları Kullanarak Doğrudan CO₂’dan Çok Katmanlı Grafene Dönüştürme) 2019. DOI: 10.1002 / cssc.201901404