Аспирант Кайлаш Ароле использует электрохимическое расслоение для отделения графена от нефтяного кокса. Предоставлено: Texas A&M Engineering.

Сырая нефть представляет собой смесь многих различных углеводородов, при этом легкие части превращаются в природный газ , а самые тяжелые части образуют вязкие или даже твердые вещества . Одним из многих продуктов, получаемых при переработке сырой нефти, является твердый нефтяной кокс.

Несмотря на то, что существует множество способов использования нефтяного кокса, например, электродов для производства стали и алюминия, этот процесс приводит к выбросам вредных выбросов углерода. По этой причине промышленность ищет высококачественные материалы с низким уровнем выбросов, которые можно получить из сырой нефти.

Возможным решением является перепрофилирование богатого углеродом нефтяного кокса для получения графена, универсального листового материала, состоящего из одного слоя атомов углерода. Обычно графен отслаивается от графита. Исследователи исследовали, будут ли какие-либо химические процессы способствовать производству графена из материалов, полученных из ископаемого топлива.

«Мы знаем, что нефтяной кокс содержит графеноподобные материалы», — сказал доктор Мика Грин, профессор кафедры химического машиностроения Арти Макферрина в Texas A&M. «Наша задача заключалась в том, чтобы изолировать графен от исходного материала».

Для выполнения этой задачи исследователи обратились к электрохимии. Они помещали кокс в раствор электролита с рабочим электродом и противоэлектродом. Когда они прикладывали напряжение к рабочему электроду, ионные частицы или отрицательные ионы из электролита мигрировали между листами графена в процессе, называемом интеркаляцией.

«Думайте о кокаине как о книге, а о графене — как о каждом отдельном листе бумаги», — сказал Грин. «Когда книгу кладут горизонтально на корешок, страницы расходятся веером и между ними остается больше промежутков. Процесс электрохимического расслоения аналогичен».

Когда кокс расширяется, графен отделяется. Отрицательные ионы создаются и перемещаются в пространство между листами графена, завершая разделение побочного продукта кокса и графена.

Многие применения графена требуют высокой проводимости, но неизвестно, сможет ли графен из нефтяного кокса достичь таких характеристик. Графен, созданный из кокса, имел проводимость 50 Сименс на метр по сравнению с типичной литий-ионной батареей, электрическая проводимость которой составляет около 150-160 Сименс на метр. С помощью термической обработки, называемой отжигом, исследователи смогли повысить проводимость еще выше, сделав ее сравнимой с электродами в литий-ионных батареях.

Благодаря этим выводам приложения графена, которые разрабатывались годами, могут быть реализованы.

«Будущее масштабирования наноматериалов напрямую связано с существующими потоками в нефтехимической промышленности , и я ожидаю еще много случаев, когда химические вещества, полученные из нефти, преобразуются в ценные углеродные материалы, такие как графен », — сказал Грин.