Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Large scale production of Edge-Functionalized Graphene Nanoplatelets (EFGnPs)

13.02.2013
Researchers from the Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), South Korea have pioneered a simple, but efficient and eco-friendly way to produce Edge-selectively functionalized graphene nanoplatelets (EFGnPs) by dry ball milling graphite in the presence of various gases.
The electrocatalytic activity of heteroatom-doped carbon-based nanomaterials has become a growing interest in the past few years due to their potential applications for fuel cells and metal-air batteries.

Several approaches currently exist for the doping of heteroatoms into graphitic structure, but these suffer from high manufacturing costs and technical difficulties.
Researchers at Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) have come up with a simple, but efficient and eco-friendly alternative which sees the production of edge-selectively functionalized graphene nanoplatelets (EFGnPs) via a dry ball milling graphite in the presence of various gases. The dry ball mill is effectively a type of grinder, traditionally use to grind ores, chemicals and other raw materials into fine powder. It can also be used on a atomic level, as is the case when producing EFGnPs.

Due to the versatility of mechanochemical reactions driven by ball milling, various functional groups could be introduced to the broken edges of graphene nanoplatelets (GnPs) in the presence of appropriate chemical vapors, liquids, or solids in the ball-mill crusher.

The mechanism of edge-selective functionalization in the ball-milling process involves the reaction between reactive carbon species generated by a mechanochemical cleavage of graphitic C-C bonds and gases in a sealed ball-mill crusher. The dormant active carbon species, which remain unreactive in the crusher, could be terminated by subsequent exposure to air moisture. As a result, some oxygenated groups, such as hydroxyl (-OH) and carboxylic acid (-COOH), can be introduced at the broken edges of the preformed EFGnPs with minimal basal plane distortion.

A scanning electron microscope (SEM) is used to demonstrate the mechanochemical cracking of a large grain sized piece of graphite into a small grain size of EFGnPs. Due to the reaction between the newly formed active carbon species at the broken edges of the GnPs and corresponding gases, the ball milling and subsequent workup procedures were found to increase the weight of all the resultant EFGnPs with respect to the graphite starting material. These results indicated that the mechanochemical functionalization of graphite was efficient. The resultant EFGnPs are active enough for the oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells, and hence they will make expensive platinum (Pt)-based electrocatalysts to take a back seat.

Jong-Beom Baek, professor and director of the Interdisciplinary School of Green Energy/Low-Dimensional Carbon Materials Center at UNIST commented:

“We have developed a simple, but versatile ball-milling process to efficiently exfoliate the pristine graphite directly into EFGnPs. Various microscopic and spectroscopic measurements were performed to confirm the reaction mechanisms for the edge functionalization of graphite by ball milling in the presence of corresponding gases and their superior slectrocatalytic activities of the ORR,” said Prof. Baek.

This research was funded by the Ministry of Education, Science and Technology (Minister Lee Ju-Ho) through the National Research Foundation of Korea (President Seung Jong Lee) and published in Journal of the American Chemical Society (Title: Large-scale production of edge-selectively functionalized graphene nanoplatelets via ball-milling and their use as metal-free electrocatalysts for oxygen reduction reaction).

REFERENCE:

In-Yup Jeon, Hyun-Jung Choi, Sun-Min Jung, Jeong-Min Seo, Min-Jung Kim, Liming Dai, and Jong-Beom Baek 2013. Large-scale production of edge-selectively functionalized graphene nanoplatelets via ball-milling and their use as metal-free electrocatalysts for oxygen reduction reaction" Journal of the American Chemical Society, 135(4): 1386–1393 (direct link below)

Journal information
Journal of American Chemical Society
Funding information
the Ministry of Education, Science and Technology (Minister Lee Ju-Ho) through the National Research Foundation of Korea (President Seung Jong Lee)

Eunhee Song | Research asia research news
Further information:
http://www.unist.ac.kr
http://www.researchsea.com

More articles from Materials Sciences:

nachricht Programmable materials find strength in molecular repetition
24.05.2016 | Penn State

nachricht Researchers demonstrate size quantization of Dirac fermions in graphene
20.05.2016 | Lehigh University

All articles from Materials Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit atomarer Präzision: Technologien für die übernächste Chipgeneration

Im Projekt »Beyond EUV« entwickeln die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Aachen und für angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena wesentliche Technologien zur Fertigung einer neuen Generation von Mikrochips mit EUV-Strahlung bei 6,7 nm. Die Strukturen sind dann kaum noch dicker als einzelne Atome und ermöglichen besonders hoch integrierte Schaltkreise zum Beispiel für Wearables oder gedankengesteuerte Prothesen.

Gordon Moore formulierte 1965 das später nach ihm benannte Gesetz, wonach sich alle ein bis zwei Jahre die Komplexität integrierter Schaltungen verdoppelt. Er...

Im Focus: Ein negatives Enzym liefert positive Resultate

In den letzten zwanzig Jahren hat die Chemie viele wichtige Instrumente und Verfahren für die Biologie hervorgebracht. Heute können wir Proteine herstellen, die in der Natur bisher nicht vorkommen. Es lassen sich Bilder von Ausschnitten lebender Zellen aufnehmen und sogar einzelne Zellen in lebendigen Tieren beobachten. Diese Woche haben zwei Forschungsgruppen der Universitäten Basel und Genf, die beide dem Nationalen Forschungsschwerpunkt Molecular Systems Engineering angehören, im Forschungsmagazin «ACS Central Science» präsentiert, wie man ein nicht-natürliches Protein designt, das völlig neue Fähigkeiten aufweist.

Proteine sind die Arbeitspferde jeder Zelle. Sie bestehen aus Aminosäurebausteinen, die als Kette verbunden sind, welche sich zu funktionalen Maschinen...

Im Focus: Atomic precision: technologies for the next-but-one generation of microchips

In the Beyond EUV project, the Fraunhofer Institutes for Laser Technology ILT in Aachen and for Applied Optics and Precision Engineering IOF in Jena are developing key technologies for the manufacture of a new generation of microchips using EUV radiation at a wavelength of 6.7 nm. The resulting structures are barely thicker than single atoms, and they make it possible to produce extremely integrated circuits for such items as wearables or mind-controlled prosthetic limbs.

In 1965 Gordon Moore formulated the law that came to be named after him, which states that the complexity of integrated circuits doubles every one to two...

Im Focus: FS POSEIDON startet zur 500. Expedition

Das am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel beheimatete Forschungsschiff POSEIDON startet diese Woche zu seiner 500. Expedition. Während der Jubiläumsfahrt untersuchen und kartieren Meeresgeologen des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen den Kontinentalhang vor der südfranzösischen Hafenstadt Nizza. Ziel der Arbeiten ist es, die Gefahr von Hangrutschungen und letztendlich auch Tsunamis besser abschätzen zu können.

Am kommenden Mittwoch heißt es wieder einmal „Leinen los“ für die POSEIDON. Von Catania auf Sizilien aus nimmt das 60 Meter lange Forschungsschiff Kurs auf die...

Im Focus: Spinströme: Riesengroß und ultraschnell

Mit einer neuen Methode der TU Wien lassen sich extrem starke Spinströme herstellen. Sie sind wichtig für die Spintronik, die unsere herkömmliche Elektronik ablösen könnte.

In unseren Computerchips wird Information in Form von elektrischer Ladung übertragen. Elektronen oder andere Ladungsträger werden von einem Ort zum anderen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Zukunftsforum Assekuranz“ 2016 am 21. und 22. Juni 2016 in Köln

24.05.2016 | Veranstaltungen

Chemische Biologie im Fokus

24.05.2016 | Veranstaltungen

Innovationen für Laserexperten und Anwender - Universität Stuttgart bei Stuttgarter Lasertagen 2016

24.05.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neuartige Terahertz-Quelle: kompakt und kostensparend

24.05.2016 | Physik Astronomie

Baufritz-Musterhaus „NaturDesign“ übt sich in Understatement: Gesundes Wohnen mit Stil

24.05.2016 | Architektur Bauwesen

„Zukunftsforum Assekuranz“ 2016 am 21. und 22. Juni 2016 in Köln

24.05.2016 | Veranstaltungsnachrichten