Obtención de grafeno de alta calidad mediante la reacción de Boudouard

 

El descubrimiento del grafeno se ha convertido en un hito de la física del estado sólido contemporáneo y de la ciencia de los materiales.  

Uno de los métodos más avanzados para la producción de grafeno es el de depósito por descomposición química de vapores (CVD, por sus siglas del inglés chemical vapor deposition), mediante el cual se realiza la descomposición catalítica de una fuente de C en estado gaseoso (generalmente hidrocarburos) sobre sustratos metálicos. La síntesis de capas monocristalinas de grafeno es un reto importante para la catálisis ya que la precipitación de carbono debe terminarse al completarse la primera monocapa grafítica.

 

En este trabajo, siguiendo la ruta de síntesis para producir nanotubos de carbono de pared simple a partir del proceso de CO a altas presiones, se propone la síntesis de grafeno monocristalino de ultra alta pureza en decenas de minutos. Por primera vez, se utiliza la reacción de Boudouard* para producir monocapas sobre la superficie del catalizador metálico. La técnica CVD, en este caso, evita el uso de sistemas de vacío y es libre de hidrógeno atómico o molecular.

 

Esta ruta de síntesis abre la posibilidad de producir grafeno mediante un proceso a presión ambiental o más alta, utilizando CO con un reducido número de parámetros a controlar (presión, temperatura de la síntesis y concentración de CO₂) y con mayor seguridad al ser libre de hidrógeno. El control de la relación CO/CO₂inhibe la nucleación de grafeno y mantiene una alta tasa de producción de semillas de grafeno para lograr monocristales a gran escala.

 

* Reacción de Boudouard. Reacción química de dismutación o desproporción, en la que se gasifica carbón con CO₂ para la obtención de CO, o su ecuación reversa, en la cual se forma grafeno: 2CO ↔ CO₂ + C.

Los resultados fueron publicados en Advance Science