Das Forschungsteam der Universität Kumamoto unter der Leitung von Assistenzprofessor Kazuto Hatakeyama und Professor Shintaro Ida vom Institut für industrielle Nanomaterialien hat eine bahnbrechende Entwicklung bei Wasserstoffionen-Barrierefilmen unter Verwendung von Graphenoxid (GO) ohne innere Poren angekündigt. Dieser innovative Ansatz, veröffentlicht in Kleinverspricht erhebliche Fortschritte bei Schutzbeschichtungen für verschiedene Anwendungen.
In ihrer Studie synthetisierte und entwickelte das Forschungsteam erfolgreich einen dünnen Film aus einer neuen Form von Graphenoxid, die keine Poren enthält. Traditionell ist GO für seine hohe Ionenleitfähigkeit bekannt, was seine Verwendung als Ionenbarriere erschwert. Durch die Beseitigung der inneren Poren schuf das Team jedoch ein Material mit dramatisch verbesserten Wasserstoffionenbarriereeigenschaften.
Reaktion von Wasser mit Lithiummetall, das mit GO beschichtet ist, aufgezeichnet mit einer Wärmebildkamera. Bildnachweis: Klein (2024). DOI: 10.1002/small.202400707
Der neue Graphenoxidfilm weist im Vergleich zu herkömmlichen GO-Filmen eine bis zu 100.000-mal bessere Wasserstoffionenbarriere auf, wie die Ergebnisse der Out-of-Plane-Protonenleitfähigkeit durch AC-Impedanzspektroskopie zeigen. Dieser Durchbruch wurde in Experimenten weiter bestätigt, bei denen die porenfreie Graphenoxidbeschichtung die Lithiumfolie wirksam vor Wassertropfen schützte und jegliche Reaktion zwischen dem Lithium und dem Wasser verhinderte.
Die Studie bestätigte auch, dass Wasserstoffionen durch die Poren in herkömmlichem GO wandern, was die Bedeutung der Beseitigung dieser Poren zur Verbesserung der Barrierefähigkeit unterstreicht. Dieser Fortschritt öffnet Türen für neue Anwendungen in Schutzbeschichtungen, Rostschutz und Wasserstoffinfrastruktur.
Reaktion von Wasser mit Lithiummetall, das mit Pf-GO beschichtet ist, aufgezeichnet mit einer Wärmebildkamera. Bildnachweis: Klein (2024). DOI: 10.1002/small.202400707
Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft dar und könnte den Weg für Beschichtungen der nächsten Generation mit verbesserten Schutzeigenschaften ebnen.
„In Zukunft planen wir, die Leistung der Wasserstoffionenbarriere für praktische Anwendungen zu nutzen und uns gleichzeitig den Herausforderungen zu stellen, die die ‚Poren‘ in der GO-Struktur mit sich bringen, um zusätzliche Funktionalitäten freizusetzen“, erklärte Assistenzprofessor Hatakeyama, als er die nächsten Schritte seiner Forschung skizzierte.
Weitere Informationen:
Tatsuki Tsugawa et al., Anomale Protonenblockierungseigenschaft einer porenfreien Graphenoxidmembran, Klein (2024). DOI: 10.1002/smll.202400707