Il fluorografene è un derivato fluorurato del grafene.
Il grafene è una forma allotropica del carbonio il cui spessore corrisponde a quello di un atomo costituito da atomi di carbonio ibridato sp2 in cui gli atomi sono disposti secondo un reticolo cristallino a nido d’ape.
Il grafene è formalmente un materiale bidimensionale (2D) con un rapporto superficie/massa estremamente elevato identificato per la prima volta in modo inequivocabile nel 2004, dal gruppo di Andre Geim e Konstantin Novoselov
Esso, tuttavia, sebbene abbia comportato una rivoluzione nell’ambito della chimica dei materiali, è una struttura apolare e pertanto poco solubile in acqua. Si hanno con conseguenti limitazioni al suo potenziale di applicazione. Le proprietà del grafene possono essere modificate tramite a una sua funzionalizzazione.
Per realizzare nuovi composti, stante l’inerzia chimica del grafene, si deve procedere in condizioni drastiche per ottenere dei suoi derivati.
Fluorurazione del grafene
Si è quindi proceduto all’ottenimento del fluorografene tramite fluorurazione del grafene o tramite esfoliazione del grafene fluorurato.
Per fluorurare il grafene si utilizza grafene espanso che è trattato con agenti fluoruranti. Si utilizzano di alte temperature, pressione o di irraggiamento per ottenere prodotti intermedi attivi che attaccano gli atomi di carbonio ibridati sp2 con formazione di legami carbonio-fluoro ibridati sp3.
Per la fluorurazione diretta del grafene si utilizza il difluoruro di xeno gassoso.
A temperatura ambiente il grafene viene accresciuto mediante deposizione chimica da vapore su un substrato di silicio. Poi è fluorurato con il fluoruro del gas nobile con ottenimento di un materiale completamente fluorurato su entrambi i lati in cui il rapporto stechiometrico tra fluoro e carbonio è di 1:1 e quindi con formula (CF)n.
Ogni atomo di carbonio forma quattro legami diretti lungo i vertici di un tetraedro. Sia gli angoli di legame carbonio-carbonio-fluoro che carbonio-carbonio-carbonio sono di 109.5°.
Diversamente dal grafene, il fluorografene, non ha elettroni liberi e quindi delocalizzati e pertanto è considerato come un isolante.
Proprietà
Il fluorografene è un materiale inerte che presenta caratteristiche simili al politetrafluoroetilene noto come teflon, il quale ha formula (CF2)n ed è idrofobo e stabile in molti solventi.
Il fluorografene è stabile a temperature comprese tra i 300 e i 400°C mentre a temperature superiori inizia a decomporsi.
Inoltre è dimostrato che può subire una deflorurazione riduttiva con formazione di grafene. La scissione del legame carbonio-fluoro può essere spiegata dal fatto che nel legame vi è una discreta percentuale di carattere ionico.
Usi
Il fluorografene è uno dei più sottili isolati in 2D e sono studiate le sue applicazioni in campo elettronico ed estese alle tecnologie delle celle solari.
E’ stato anche utilizzato come materiale catodico nelle batterie al litio primarie e secondarie delle quali migliora le caratteristiche di scarica aumentandone la durata.
Grazie alle sue proprietà idrofobe superficiali il fluorografene trova applicazione per rivestimenti anticorrosione e autopulenti.
Recenti scoperte che documentano l’elevata reattività del fluorografene aprono nuove porte a un’ampia gamma di derivati di grafene.