Graphen hat aufgrund seiner hohen Festigkeit und exzellenten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit viel Aufmerksamkeit erregt. Die umweltfreundlichere chemische Modifizierung stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung in der Materialwissenschaft dar. Eine kürzlich in *ACS Sustainable Chemistry & Engineering* veröffentlichte Studie demonstrierte einen Weg zur Herstellung funktionalisierter Graphenmaterialien mittels einer lösungsmittelfreien mechanochemischen Methode, die ein Gleichgewicht zwischen Materialeigenschaften und Umweltverträglichkeit anstrebt.

Herkömmliche Graphenfunktionalisierungsverfahren basieren häufig auf toxischen Reagenzien, Hochtemperaturprozessen und erzeugen chemische Abfälle. Dieses Forschungsteam verfolgte einen anderen Ansatz: Mithilfe einer Kugelmühle bei Raumtemperatur und -druck und biologisch gewonnenen Aminosäuren als Stickstoffquelle wurde Graphit direkt einer Festphasen-mechanochemischen Behandlung unterzogen. Mit dieser Methode konnten erfolgreich stickstoffdotierte Graphen-Nanoschichten hergestellt werden, die eine hohe Leitfähigkeit und gute Dispergierbarkeit aufweisen, ohne Lösungsmittel zu verwenden und den Prozess zu vereinfachen.

Die Hauptautoren der Studie erklärten: „Grüne Chemie sollte nicht bedeuten, die Funktionalität von Materialien einzuschränken; vielmehr sollte sie von Anfang an intelligentere Designs fördern.“ Das Team evaluierte nicht nur die Leistungsfähigkeit der finalen funktionalisierten Graphenmaterialien, sondern maß auch die Nachhaltigkeit des Prozesses anhand von Kennzahlen der Grünen Chemie wie Abfallaufkommen und Gesamtenergieverbrauch. Die Analyse zeigte, dass der Prozess sowohl hinsichtlich der Materialausbeute als auch der Umweltfreundlichkeit Vorteile bietet.

Durch die Einbettung der hergestellten stickstoffdotierten Graphen-Nanoblätter als Füllstoffe in eine spezifische Polymermatrix wies der Verbundwerkstoff potenzielle Anwendungseigenschaften wie elektrochemisch ausgelöste Selbstheilung und verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Diese Arbeit demonstriert, dass durch die frühzeitige Integration von Prinzipien der Grünen Chemie bei der Herstellung funktionalisierter Graphenmaterialien eine synergistische Entwicklung von Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit erreicht werden kann.

Weitere Informationen: Autoren Chamalki Madhusha et al., Titel: „Grüne mechanochemische Herstellung von aus Aminosäuren gewonnenem stickstoffdotiertem Graphen und seine Anwendung in funktionalen glasartigen Polymerverbunden“, veröffentlicht in ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2025). Zeitschrifteninformationen: ACS Sustainable Chemistry & Engineering