Визитная карточка графена – эго химическая устойчивость делает двумерную аллотропную модификацию углерода идеальным материалом подложки для изучения катализа и процессов, связанных с перераспределением энергии.

Однако новые результаты, показывающие, что графен может разлагаться в условиях далеко не экзотических, ставят устойчивость графена, равно как и возможность его применения для исследований подобного рода под вопрос.

Диспергируемые в воде формы графена легко получать с помощью обычны методов «мокрой химии», а также с ними легко обращаться. Благодаря этому обстоятельству многие исследователей используют эти материалы для нанесения на графен каталитически активных наночастиц и применения полученных ассоциатов в для очистки окружающей среды, изготовления солнечных батарей и топливных элементов.

Ультрафиолет инициирует процесс окисления, приводящий к фрагментации диспергируемой в воде формы графена и разложению материала. (Рисунок из Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5026552)

Для практического применения исследователи часто используют «мокрую» фазу графена, известную, как восстановленный оксид графена (ВОГ – форма графена, получаемая с помощью восстановления оксида графена – типичного исходного материала для подобных приложений). Проводимость восстановленного оксида графена и его способность к связыванию обеспечивают высокую каталитическую способность и самого материала, и ассоциатов, компонентом которых он является.

Тем не менее проблемой материала является то, что его нельзя использовать многократно. Исследователи из Университета Нотр Дам продемонстрировали, что в водной суспензии восстановленный оксид графена с нанесенными на него наночастицами диоксида титана неожиданно разлагается. Говоря точнее, Джеймс Рэдич (James G. Radich) с коллегами продемонстрировал, что такие составные наночастицы при облучении ультрафиолетом способствуют генерации гидроксильных радикалов, которые окисляют восстановленный оксид графена, что приводит к его разрушению.

На основании анализа методами спектроскопии, микроскопии и определения общего количества органических соединений было показано, что облучение ультрафиолетом запускает процесс фрагментации, который приводит к расщеплению фрагментов восстановленного оксида графена на соединения, похожие по строению на полиароматические углеводороды, а длительное облучение приводит к полному разрушению и восстановленного оксида графена, и образующихся при его распаде органических соединений до углекислого газа и воды.

Как отмечают исследователи из Нотр-Дам, исследование проводилось в фотокаталитической системе, сходной с той, что применяется для изучения других возможных областей применения графена. Так, например, реакции восстановления кислорода на катодах топливных элементов также могут приводить к образованию гидроксильных частиц и разрушению восстановленного оксида графена. Более того, в тех случаях, когда композиты диоксид титана/восстановленный оксид графена используются для фотокаталитического расщепления загрязнителей окружающей среды, существует возможность того, что окисление восстановленного оксида графена может приводить к образованию опасных полициклических ароматических углеводородов, что может перевесить положительный эффект от применения системы диоксид титана/восстановленный оксид графена.