Una ricerca internazionale svolta congiuntamente da CNR - Istituto Officina dei Materiali (IOM), Università di Trieste, Università di Milano-Bicocca e Università di Vienna, ha dimostrato un metodo semplice e innovativo per realizzare una nuova categoria di materiali che uniscono le straordinarie proprietà manifestate da singoli atomi metallici con la robustezza, flessibilità e versatilità del grafene, per potenziali applicazioni nei campi della catalisi, della spintronica e dei dispositivi elettronici.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Science Advances: il metodo consiste nel depositare in modo controllato atomi metallici, come il cobalto, durante la formazione dello strato di grafene su una superficie di nichel. Alcuni di questi atomi vengono incorporati nella rete di carbonio del grafene, così formando un nuovo materiale che ha proprietà eccezionali di robustezza, reattività e stabilità.
Il metodo è stato ideato nei laboratori del CNR-IOM di Trieste: Si tratta di un risultato ancora preliminare, ma già molto promettente, frutto di un’idea originale nata nel nostro laboratorio che all’inizio sembrava irrealizzabile afferma Cristina Africh, che ha guidato il team.
Grazie al fatto che il materiale può essere staccato dal substrato mantenendo la sua struttura originale, esso è potenzialmente utilizzabile in ambito applicativo. La metodologia è stata sperimentata per intrappolare atomi di nichel e cobalto, ma i nostri calcoli dicono che l’uso si potrà estendere ad altri metalli per applicazioni diverse spiega Cristiana Di Valentin, professoressa di Chimica generale e inorganica dell’Università di Milano-Bicocca che ha fatto parte del team.
Inoltre, il materiale ha mostrato stabilità anche in condizioni critiche: Abbiamo dimostrato che questo materiale sopravvive anche a condizioni critiche, inclusi gli ambienti elettrochimici utilizzati per le applicazioni in celle a combustibile e batterie aggiunge Jani Kotakoski dell’Università di Vienna.
Frutto di una collaborazione internazionale, lo studio si è avvalso di competenze diverse e complementari: Un aspetto decisivo per dimostrare l’efficacia di questo approccio, semplice e potente al tempo stesso conclude Giovanni Comelli dell’Università di Trieste.
Singoli atomi di cobalto e di nichel intrappolati in una rete di grafene visti con il microscopio a scansione a effetto tunnel (credits: Valeria Chesnyak)
Uno strato di grafene che incorpora singoli atomi di metallo viene staccato dalla superficie di nichel su cui è prodotto per poterlo utilizzare in veri dispositivi (credits: Valeria Chesnyak, Irene Modolo)
Lo studio
V. Chesnyak, D. Perilli, M. Panighel, A. Namar, A. Markevich, T. An Bui, A. Ugolotti, A. Farooq, M. Stredansky, C. Kofler, C. Cepek, G. Comelli, J. Kotakoski, C. Di Valentin, C. Africh. Scalable bottom-up synthesis of Co-Ni–doped graphene. Science Advances 10, 45 (2024). DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ado8956