Пробит «барьер высокой температуры» в производстве графена

Международная группа исследователей из Тохокуского университета и Куин Мэри Университи оф Лондон разработала способ синтеза графеноподобных материалов при температурах существенно ниже привычных для химического осаждения из паровой фазы. Результаты опубликованы в Journal of the American Chemical Society (2026).

Традиционные методы CVD для получения графена требуют температур порядка 900°C, что повышает энергетические затраты и усложняет контроль над структурой продукта. Новая методика позволяет сформировать графеновые структуры при температурах от 300°C и ниже благодаря особому катализатору и реактивному газу.

Роль цериевого оксида и ацетилена

Ключевым элементом технологии стал цериевый оксид (CeO2), который на поверхности легко образует вакансии кислорода. Взаимодействие ацетилена с таким активным катализатором приводит к ранней разложимости молекулы и отъему кислорода с поверхности, что создаёт дополнительные активные центры для роста углеродных слоёв.

В экспериментах было показано, что разложение ацетилена начинается при значительно низкой температуре — уже около 113°C, а при повышении до 300°C процесс активируется таким образом, что возможна формирование графеноподобных материалов при сравнительно низкой температуре CVD.

Температура определяет форму и назначение материалов

Исследователи продемонстрировали, что простая регулировка температуры позволяет получить материалы с принципиально различными морфологиями и, следовательно, разными функциональными свойствами. Это важно для адаптации производства под конкретные техзадачи — от электроники до катализаторов и компонентов батарей.

Экспериментальные результаты по температурным режимам включают следующие наблюдения:

  • ≈300°C — образование синим флуоресцирующих графеновых квантовых точек;
  • ≈450°C — агрегированный графен с иной структурной организацией;
  • ≈600°C — пористый графен с высокой удельной поверхностью.

Такая управляемая температурой дифференциация открывает путь к целенаправленному проектированию материалов с требуемыми свойствами.

Кроме технической значимости, подход имеет и экологический аспект: в качестве исходного углеродного источника может использоваться ацетилен, получаемый из промышленных газовых отходов, биомассы или переработанного пластика. Это делает метод перспективным для «апгрейда» низкосортных углеродных потоков в продукты повышенной добавленной стоимости.

Авторы работы отмечают, что их результаты предоставляют концептуальную схему для низкоэнергетичного, более экологичного производства углеродных материалов. Следующие этапы исследований будут направлены на расширение применимости метода и оценку его масштабируемости для практических задач промышленности.