이산화탄소를 재활용하기 위한 더 나은 방법을 위한 수색에 나선 연구자들이 그것을 그라핀 산화물(grapheme oxide)로 바꾸었다. 그라핀 산화물은 쉽게 그라핀으로 환원될 수 있지만, 또한 방수 물질, 전기 회로, 그리고 약물 전달과 같은 의학적 응용을 위해서 쓸모가 있다.
불행하게도, 이산화탄소는 매우 안정해서 다른 유용한 분자들로 바꾸는 것이 어렵다. 뉴욕시립대(City College of New York)의 Jae Lee는 다른 연구자들이 극심한 압력을 사용해서 강제로 이산화탄소 분자들이 함께 그라핀 산화물을 사용하도록 한 반면, 그의 연구진은 이것은 비교적 온화한 조건들에서 해낼 수 있었다고 말했다. Lee와 동료들은 두 단계 과정을 통해서 그라핀 산화물을 생산했다: 먼저, 그들은 이산화탄소를 암모니아 보란(ammonia borane (NH3BH3))으로 고정하고 그 다음에 그 결과로 생긴 고체를 가열해서 그라핀 산화물의 벌집 구조를 만들어냈다.
그 첫번째 반응에서, 그들은NH3BH3를 스테인리스 강 칸에 넣고 그 다음에 그 칸이 목표 압력에 도달할 때까지 이산화탄소를 추가했다. 그리고나서, 그들은 그 칸을 몇 시간에 걸쳐서 서서히 가열했다. 약 30기압의 압력에서, 이산화탄소의 추가로 인해서, OCH3, HCOO와 지방족 기들을 만들어내서, NH3BH3의 질량은 두 배가 되었다. ‘이것은 온화한 조건들에서, 촉매 또는 금속을 포함하는 화합물들을 수반하지 않고, 이산화탄소로부터 직접적으로 지방족 기들과 탄소를 형성한 것을 보고한 첫번째 연구이다.’라고 Lee의 연구진의 일원인, Junshe Zhang이 말했다. Lee는 이산화탄소를 분해하는 것은 보통 섭씨 400도 이상의 온도와 690기압 이상의 압력을 필요로 하며, 그래서 온화한 조건은 유용한 탄화수소들을 만들기 위해서 예상하는 것보다 더 낮은 에너지 비용을 의미한다고 덧붙였다.
그 첫번째 반응의 생성물을 그라핀 산화물로 바꾸기 위해서, 그 연구진은 그것을 비활성 기체로 둘러싸고 두 세 시간에 걸쳐서 600에서 750도 사이로 가열해서, 많은 질소와 수소가 암모니아와 다른 휘발성 종들로서 그 고체를 떠나도록 했다. Lee는 그 붕소 산화물의 명확한 평면 구조가 3-6 나노미터 두께의 그라핀 산화물 층을 위한 주형으로서 작용했다고 말했다.
‘상향식 접근에서 작은 분자 출발 물질을 사용하는 것은 나노합성물의 성질에 대한 더 큰 통제로 이끌어줄 수도 있기 때문에 매력적이다. 특히 그 연구진은 붕소를 제어가능하게 그라핀 산화물 안에 통합시켰는데, 이는 그것의 촉매적 성질을 조정하는 것을 도울 수 있다.’고 미국 텍사스대(University of Texas)의 Dan Dreyer가 말했다. Lee는 붕소 산화물이 양자 교환 막 연료 전지에서 산소 환원제로서 그라핀 산화물의 전기촉매적인 성능을 향상시킬 수 있다고 제안했다. 만약 그 새로운 방법이 그라핀 산화물에 다른 원소들을 넣는 것으로 바뀔 수 있다면, 그것은 탄소 나노물질의 성능을 최적화하기 위한 강력한 도구가 될 수 있을 것이라고 Dreyer가 말했다.
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