Forscher der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm haben die Synthese nachhaltiger Nanomaterialien erheblich vorangebracht, indem sie ein skalierbares und wiederholbares Verfahren zur Herstellung von Graphenoxid-Nanoblättern aus handelsüblichen Kohlenstofffasern entwickelt haben. Damit gibt es nun eine umweltfreundliche Alternative, mit dem die Abhängigkeit vom Graphitabbau in Minen verringert werden kann. Graphit ist derzeit heiß begehrt als Rohstoffquelle für das nächste Wundermaterial Graphen.
Die Exfoliation von Kohlenstofffasern mit Salpetersäure führt zu einer hohen Ausbeute Graphenoxidschichten, die ein Atom dick sind. Das Resultat ist ein Material, das ähnlichen Eigenschaften wie kommerzielles Graphenoxid hat, das aus abgebautem Graphit gewonnen wird. Wenn sich die dünnen Blätter zu graphitähnlichen Schichten zusammenlagern, kann Graphenoxid – ein intensiv erforschtes Nanomaterial – in Autobatterien eingesetzt werden. Auch in elektronischen Geräten, bei der Wasseraufbereitung und in Hochleistungsverbundwerkstoffen ist es hilfreich. Da der Reinheitsgrad von Graphit jedoch variiert, sind für die Synthese aus abgebautem Graphit scharfe Chemikalien erforderlich, und es entstehen häufig uneinheitliche Materialien.
Graphenoxid – nicht nur für Autobatterien
Die Forscher haben den Nachweis des Konzepts erbracht und ihre Resultate publiziert. Den Weg, den sie gefunden haben, führt über Kohlenstofffasern aus Polyacrylnitril (PAN), einem weit verbreiteten Polymer, das bei hohen Temperaturen oxidiert und graphitiert wird. Die Methode soll auch mit anderen Rohstoffen wie Biomasse oder Nebenströmen der Forstindustrie durchgeführt werden. Vor allem der Batteriemarkt für Elektrofahrzeuge, soll von der neuen Technologie profitieren, denn die Zukunft des Automobilbaus wird auf batteriegestützter Energie beruhen, und die Frage ist, woher das Graphit kommen soll. Alternativen werden also benötigt.
Mit der neuen Methode werden 200 mg Graphenoxid pro Gramm Kohlenstofffaser gewonnen, was höher ist als bei den derzeitigen Synthesemethoden. Aufgrund der effektiven Umwandlungsrate kann es in großem Maßstab hergestellt werden, wodurch ein wichtiges Problem bei der Synthese von Nanomaterialien gelöst wird. Zu den nächsten Schritten der Forscher gehört es, biobasierte Quellen für Kohlenstofffasern zu untersuchen und mehr über den Prozess zu erfahren.
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Bild: KTH
