グラフェン資源の持続可能な代替案(For Graphene Sources, a Potential Green Alternative to Mining)

ad

2025-03-03 スウェーデン王立工科大学(KTH)

スウェーデン王立工科大学(KTH)の研究者たちは、商業用カーボンファイバーからグラフェン酸化物(GO)ナノシートを製造する再現性が高くスケーラブルな方法を開発し、鉱山採掘に依存しない持続可能なナノ材料の合成における重要な進歩を遂げました。このプロセスでは、カーボンファイバーを5%の硝酸水溶液中で電気化学的に酸化し、厚さ約0.9ナノメートル、サイズが0.1~1マイクロメートルの高品質なGOナノシートを得ることができます。この方法は、従来の鉱物由来のグラファイトからの合成方法と比較して、1グラムのカーボンファイバーから200ミリグラムのGOを得る高い収率を示し、大規模生産にも適しています。さらに、この手法はポリアクリロニトリル(PAN)由来のカーボンファイバーを使用していますが、バイオマスや森林産業の副産物など、他の原料にも適用可能であるとされています。この技術は、電気自動車のバッテリー市場などでの応用が期待されており、持続可能なグラフェン酸化物の供給源として鉱山採掘に代わる環境に優しい選択肢を提供します。

<関連情報>

市販の炭素繊維を電気化学的に酸化して合成2次元酸化グラフェンナノシートを作る Making Synthetic 2D Graphene Oxide Nanosheets by Electrochemical Oxidation of Commercial Carbon Fibres

Alba Español, Anton Bjurström, Björn Birdsong, Fritjof Nilsson, Annu Pandey, Xiaojun Ren, Rakesh Joshi, Stefano Farris, Richard T Olsson
Small  Published: 21 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.202408972

グラフェン資源の持続可能な代替案(For Graphene Sources, a Potential Green Alternative to Mining)

Abstract

The study demonstrates a scalable and reproducible method for synthesising graphene oxide (GO) nanosheets from commercial carbon fibres derived from carbonised polyacrylonitrile (PAN) polymer. An exfoliation route with nitric acid allows for the preparation of monolayer GO nanosheets with a consistent thickness of 0.9 ± 0.2 nm, identical to the commercially available GO from mined graphite. The GO nanosheets exhibit distinct circular and elliptical shapes, in contrast to the polygonal and sharp-edged morphology of commercial GO. An extensive evaluation of acidic solutions and electrical potentials identified a narrow processing window critical for obtaining GO nanosheets sized 0.1–1 µm. An unexpectedly low 5% acid concentration was found to be the most effective, providing a balance between efficient exfoliation through synergistic acidic and electrochemical oxidation. The process provides a high yield of 200 mg of GO per gram of carbon fibre. Advanced characterisation using high-resolution electron and atomic force microscopy (HR-TEM/SEM/AFM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and infrared spectroscopy (FTIR) provided detailed insights into the morphology, thickness, surface functionalisation, and chemical composition of the nanosheets. With its high yield, environmentally sound production, and versatility, the synthesised GO offers transformative potential for large-scale applications, including energy storage, advanced coatings, high-performance composites, water purification, and electronic devices.

0500化学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました