Уголь может стать дешевым сырьем для производства квантовых точек

Джеймс Тур (James Tour), специалист в области химии из хьюстонского Университета Райса, предложил простые методы для восстановления трех разновидностей угля с получением графеновых квантовых точек (GQD). Эти микроскопические диски атомарной толщины, состоящие из оксида графена, могут применяться в широком круге практических приложений, таких как сенсоры, фотоэлектронные и электронные устройства.

Известно много способов получения GQD, но, в большинстве своем, они дорогостоящи и имеют невысокую производительность. В прошлом году в Университете Райса научились изготовлять квантовые точки из относительно дешевого углеродного волокна, но перспектива использования для этого угля обещает еще большую экономию и увеличение полезного выхода продукции.

Об этом рассказывается в свежем выпуске журнала Nature Communications.

В квантовых точках, ширина запрещенной зоны, зависит от размеров этих частиц. Изменяя ее, можно настраивать параметры флуоресценции квантовых точек. Процедура, разработанная в лаборатории Тура, позволяет создавать GQD с контролируемыми размерами, от 2 до 20 нм, в зависимости от типа используемого угля.

В описываемых экспериментах ученые получали квантовые точки из битуминозного угля, антрацита и кокса — побочного продукта перегонки нефти. Эти исходные вещества разрушались под действием ультразвука в азотной и серной кислотах, и полученная дисперсная взвесь высушивалась в течение 24 часов.

Битумозный уголь превращался в квантовые точки размером 2-4 нм, для кокса характерные габариты GQD варьировались от 4 до 8 нм, а из антрацита получались структуры диаметром от 18 до 40 нм, напоминавшие торт — из круглых слоев уменьшающегося размера, один на другом. Все произведенные таким образом квантовые точки растворимы в воде и, по предварительным тестам, нетоксичны. Это открывает дополнительные перспективы их использования в медицине, в качестве эффективных антиоксидантов и невыцветающих агентов для флуоресцентной спектроскопии живых организмов.

При цене от 10 до 60 долларов за тонну, уголь стоит намного дешевле даже самого доступного графита ($800 за тонну при поставках из Китая). В сочетании с высоким выходом полезного продукта (до 20%), новая производственная технология, по мнению Тура, способна коренным образом изменить всю индустрию квантовых точек.