JP2022550052A

JP2022550052A - 微生物でグラフェンオキシドを還元することによって窒素および硫黄でグラフェンをドープする方法、それにより得られた窒素および硫黄でドープされたグラフェンならびにその使用

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Publication number: JP2022550052A
Application number: JP2022519062A
Authority: JP
Inventors: ヴァレンチノヤキモフ
Original assignee: バイオエネテクノロジーズソシエテアレスポンサビリテリミテ
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-11-30
Also published as: WO2021059152A1; CA3154795A1; IT201900017291A1; ZA202203837B; US20220348468A1; EP4034500A1; AU2020353356A1

Abstract

本発明は、微生物によるグラフェンオキシドの還元を通じて、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェンを製造する方法に関する。加えて、本発明は、この方法によって得られる窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェンに関し、かつそのようにドープされたグラフェンの、例えば電子部品または水精製機器を製造するための、使用に関する。特に、方法はエコサステナブルであり、かつ経済的であり、公知の製品と比べて著しく改善された性能を有する製品を提供するという、さらなる利点を有する。

Description

本発明は、微生物によるグラフェンオキシドの還元を通じて、窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェンを製造する方法に関する。加えて、本発明は、この方法によって得られる窒素および硫黄でドープされたグラフェンに関し、そのようにドープされたグラフェンの、例えば電子部品または水精製装置を製造するための、使用に関する。特に、方法は、エコサステナブルであり、経済的であり、公知の製品と比べて著しく改善された性能を有する製品を提供するというさらなる利点を有する。

グラフェンは、炭素原子の単原子層であることが知られている。グラフェンは、ダイヤモンドの機械的強度とプラスチックの可撓性とを有する。実際に２人の物理学者ＡｎｄｒｅｊＧｅｊｍおよびＫｏｎｓｔａｎｔｉｎＮｏｖｏｓｅｌｏｖに帰するその発見は、ナノテクノロジーにおいて新しい道を開いた。詳細には、グラフェンは、最近１０年にわたって行われた多くの研究を通じて実験的に明示されているように、きわめて安定であり、非常に優れた機械的、熱的、光学的および化学的な特性、ならびに改善された電気的特性を提供している。

名称（末尾「ｅｎｅ」）によって示唆されているように、炭素原子はｓｐ²形態において混成され、そのため、高い結晶特性を有するパターンにおいて配列された１２０°の角度を有する六角形を形成するように配置されている。したがって、２次元結晶材料であるため、グラフェンは、独特で適合可能な物理的性質、すなわち制御可能であるという性質を提供し、エレクトロニクス、生物学、バイオテクノロジー、エネルギー等の多くの分野において使用されうる、センサー、トランジスター、メモリー、フィルタリングシステム等を含む、異なる機能を有する多種の装置を製造することを可能にする。これらの分野におけるグラフェンの有望な特性は、需要の増加に期待して、大規模生産方法の定義を要請している。その上、グラフェンの、容易に改質しうる構造、そのきわめて興味深い物理的－化学的性質、およびその自然における存在量に起因して、この材料は「可鍛性のクレイ」と関連している。

最新技術において公知であるように、多くの分野において異なる装置用にこの材料の使用を可能にするために、グラフェンを、非改質グラフェンに関するその性質を改善するのに好適なドープ方法に供することが必要である。実際、ヘテロ原子とのグラフェンのドープは、その性質を改善するための、好ましくはその電気的性質を改善するための、効果的な方法である。したがって、現在、この分野における研究者のほとんどが、ドープを通じたグラフェンの性質の改質に向けて集中している。
詳細には、グラフェンオキシド中の窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）等の異なる原子の挿入は、ｓｐ²炭素原子パターンの中断を引き起こし、グラフェンの化学的および物理的性質に影響を及ぼし、性質がドープの程度およびタイプに応じて適合されることを可能にする。理論的研究は、窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）でのグラフェンのドープが、その性質、好ましくはその電気－化学的性質を有利に改質し、いわゆる「Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェン」（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造し、それが、明示されることになるように、例えば酸素還元反応のための触媒中でさらに変化させうることを示した。
現在、グラフェンのドープのために典型的に使用され、かつ最も効果的な方法は、８００℃に加熱された反応器内でグラフェン表面上で蒸発させた化学的物質の堆積（化学的蒸着、ＣＶＤの技術）に基づく。詳細には、Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェンオキシド（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造するために、グラフェンオキシド（ＧＯ）が出発材料として使用され、メタン（ＣＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）および硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）等の化学物質でドープされる。いかなる理論にも束縛されることなく、高温（８００℃）にて、いくつかの共有結合は壊され、例えばアンモニア中の窒素原子、硫酸中の硫黄原子、およびドープする物質のそれぞれに伴う水素原子を有するものである。次いで、反応器条件下で、得られた不安定分子、例えばアミドイオン（ＮＨ₂ ^-）およびスルフェートイオン（ＳＯ₄ ^2-）は、グラフェン共有結合と相互作用し、同様に高温によって弱められ、その化学的組成を改質させ、それをＮ，Ｓデュアルドープグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）へと変化させる。

上記のような方法において、環境にとっての汚染性化学物質および人間にとっての有毒物質が使用され、すなわちメタン（ＣＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）および硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）である。方法の温度はきわめて高く、このような条件を維持するのに適合させた好適なプラントを見越すことが必要である。さらに、メタンが、（グラフェンオキシドによって潜在的に放出される、またはプラント中へ偶発的に導入される）酸素の存在下で引火性であることに起因して、操作者にとってのセキュリティリスクはきわめて高い。
Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の最終精製処理は、前の工程で使用された物質の毒性残渣、すなわちアンモニウムイオン（ＮＨ₃ ⁺）およびスルフェートイオン（ＳＯ₄ ^2-）の除去を含む。典型的には、Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）のこの精製工程は、塩酸（ＨＣｌ）で濯ぐことによる前記残渣の溶解を含む。したがって、方法は、さらなる汚染および有毒物質、すなわちまさに塩酸（ＨＣｌ）を含み、これは、方法を実施するのに必要な、上に記載される物質の列挙に加えられ、これはまた、頑強性等のグラフェンの性質に影響も及ぼしうる。
先に曝された手順に対する別法として、微生物の使用が、特定のフェーズにおいて、上に記載されるものよりも決定的な実験条件を減らすことを可能にするために提案されている。

参照として本明細書に組み込まれる科学刊行物「One-Pot Microbial Method to Synthesize Dual-Doped Graphene and Its Use as High-Performance Electrocatalyst, Guo et al., 16 December 2013」(https://www.nature.com/articles/srep03499)は、スルフェート還元性細菌（ＳＲＢ）の微生物呼吸によるグラフェンオキシド（ＧＯ）の還元の方法を記載している。
詳細には、この文献は、Ｎ原子とＳ原子とで所望のドープを得るために３７℃の温度でのスルフェート還元性細菌（ＳＲＢ）の微生物呼吸を通じたグラフェンオキシド（ＧＯ）の還元による、Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の調製の手順を記載している。
嫌気性呼吸中、スルフェート還元性細菌（ＳＲＢ）が、最終電子受容体としてスルフェート（ＳＯ₄ ^2-）を主に使用することは周知である。グラフェンオキシド（ＧＯ）が明らかに電子受容体の性質を明示しているため、ＳＲＢ呼吸プロセス中にグラフェンオキシド（ＧＯ）の還元を達成することが可能である。

この手順において使用されるＳＲＢ細菌が、Ｓｈｅｎｇｌｉ（中国）の湿潤な油状の土壌に由来すること、および（超純水１リットル当たり）４．０ｍＬの乳酸ナトリウム、１．０ｇの酵母抽出物、０．２ｇの硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）、０．１のビタミンＣ（Ｖｃ）、０．０１ｇの二リン酸カリウム（Ｋ₂ＨＰＯ₄）ならびに１０ｇの塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）からなるＡＰＩ－ＲＰ３８培地中で増殖させたことは、注目されるべきである。ｐＨを、１Ｍの水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で７．０～７．２に調整した。最終溶液を、オートクレーブ中１２１℃にて２０分間滅菌し、室温に冷却して、紫外光で滅菌した０．２ｇのＦｅＳＯ₄・（ＮＨ４）₂ＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏを添加する。
１００ｍＬのＧＯ溶液（０．１ｍｇ・ｍＬ^-1）を、１０ｍＬのＳＲＢ培地および３０ｍＬの新しい培地と混合することによって、グラフェンオキシド（ＧＯ）の還元が達成された。混合物を、インキュベーター中、嫌気性条件下３７℃にて数日間インキュベートした。
得られた黒色の分散体を遠心分離し（１４０００ｒｐｍ）、ＨＣｌ水溶液で洗浄して、有機物、細胞デブリを除去し、超純水で数回洗浄した。最後に、得られた固体を、真空下８０℃にて乾燥させた。
高解像度Ｘ線光電子分光測定法によって窒素についてのＸＰＳスペクトルを検出すると、ドープされた窒素および硫黄の原子のパーセンテージは、それぞれ、およそ６．１１％と１．１％であった。

前記手順は確実に有利であり、その理由は、スルフェート還元性細菌（ＳＲＢ）の使用のおかげで、ドープの条件が大幅に減少されたからである。特に、最終洗浄フェーズ以外でも、温度ははるかに低く、試薬は完全に環境に優しいものである。
それにもかかわらず、前述した微生物学的方法で得られたＮ，Ｓ－ＤＤＧの性能は、満足がいくように証明されていない。実際、グラフェン上のＮとＳとの分布が類似しているほど、ドープされたグラフェンはより効果的であり、すなわち、それは電流について伝導性であるように見えることが、実験で観察されている。換言すると、理論に束縛されることなく、導電性の観点から優れた基質を得るためには、ＮとＳとの間の％比は、１：１の値に可能な限り近くなければならないと考えられる。
さらに、ＳＲＢは、高量のＧＯに対して過度に感度が高い。このことは、大規模生産でのそれらの使用を著しく制限すると考えられ、その理由は、工業的方法のためだけに必要とされるものの代わりとしてのＧＯの多すぎる投与量の挿入が、「ドープする」細菌学的培地の死を引き起こすと考えられるからである。

最後に、微生物ドープグラフェンオキシドの詳述された物理化学的特性にもかかわらず、上記刊行物は、Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ合成を当業者にとって十分明確には記載していない。より詳細には、ＳＲＢの単離および獲得、ならびに実験室における維持／培養の条件に関する一切の情報を欠いている。したがって、この刊行物は、いかなる規模についてであれ、記載されているプロセスを再現するのに必要な情報を提供しているとは限らない。推測にすぎないが、その筆者らは、いかなる種も開示することなく、使用されたスルフェート還元性細菌の属であるデルタプロテオバクテリア（Ｄｅｌｔａｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）綱のＳＲＢ細菌を単離しており、そのためこれがきわめて可変性であり得、おそらくはデスルフォビブリオ属（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ）、デスルフォバクター属（Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ）、デスルフォコッカス属（Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ）またはデスルフォネーマ属（Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ）に属している。
結果として、上に記載される課題を克服する、Ｎ，Ｓデュアルドープグラフェンオキシド（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の調製の方法を定義する必要性が存在する。詳細には、製造方法、好ましくは大規模における製造方法は、低い汚染リスク、操作者にとっての低い危険性、例えば低温、ならびに汚染生成物および有毒生成物の最少化された使用を伴う条件を採用しなければならず、かつ同時に、導電性の点で高い性能を保有している最終製品を保証しなければならない。

したがって、本発明に潜在している技術的課題は、メタン（ＣＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）および硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）等の、環境に対して汚染物質であり、ヒト対して有毒である化学物質の大量使用または放出リスクを包含しない、かつ実質的に低い反応温度を包含する、窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の製造の方法を提供することである。

上記課題は、特別に選択された微生物の手段によるグラフェンオキシド（ＧＯ）の還元フェーズを包含する、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造する方法によって解決される。
したがって、本発明の第１の目的は、選択された微生物の培地をグラフェンオキシド（ＧＯ）の混合物と接触させる工程を含む、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造する方法である。
第２の目的は、培地が、還元されたグラフェンオキシド（ＧＯ）のドープに必要な元素、例えば窒素（Ｎ）および硫黄（Ｓ）も提供する、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の製造の方法である。
第３の目的は、単離されたシステムにおいて起こるときに中断を要しない、非操作フェーズ、すなわち「インループ」方法または連続的再循環方法を実際に含まない、窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の製造の方法である。
さらなる目的は、グラフェンオキシド中への高い挿入率を有する不安的な活性分子の放出を可能にし、きわめて低い毒性およびきわめて低い汚染グレードを有する製品をもたらす方法である。

なおもさらなる目的は、特別な微生物を使用して、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェンを製造することである。
なおもさらなる目的は、本方法によって得られる、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）であり、そのためそのコストが低く、環境およびヒトの健康に最小科されたリスクを伴う。
なおもさらなる目的は、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造するコストを下げる単純な方法において特別に設計された、単純化された製造プラントである。

最終の目的は、電子部品および電気化学部品（例えば燃料電池）の製造、分析システム、精製システム、および医薬、電話、航空、航空宇宙、ロボット工学のナノ部品、自動車機械の部品、航空の部品、航空宇宙の部品、ロボット工学の部品としてのエコサステナブルなマクロ材料のための、本発明によるドープされたグラフェンの使用である。
上に示した課題および目的、ならびに本明細書で後により良く現れる他の課題および目的は、添付した独立の特許請求の範囲において定義される方法、プラント、特定のドープ微生物、グラフェンおよびその使用によって解決され、達成される。

本発明による、窒素原子および硫黄原子でデュアルドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）の製造の方法の、さらなる特性および利点は、非限定的な例として付与されるいくつかの好ましい実施形態の以下の記載において、また以下の図を参照して、明らかになる。

ハロバクテリア（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ）綱、ステノサルカエア（Ｓｔｅｎｏｓａｒｃｈａｅａ）分岐群、エウルヤルカエオタ（Ｅｕｒｙａｒｃｈａｅｏｔａ）門に属する６種の新しいハロアルカエア（Ｈａｌｏａｒｃｈａｅａ）種の位置を示す系統樹を表す図である。本発明による、窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェンを製造する工業的方法の一般スキームを表す図である。チオスルフェート（ＤＤＧＯ－Ｔ）およびポリスルフィド（ＤＤＧＯ－Ｓ）が元素の硫黄の代わりに電子受容体として供給されるときの、ホルメート（電気供与体）上で増殖させた異なるハロアルカエアの使用による、グラフェンオキシド（ＧＯ）、およびＮ，Ｓ－ＤＤＧ中で還元されたグラフェンオキシドの、ラマン分光分析の結果の比較のグラフを表す図である。異なる炭素源上で増殖させた異なるハロアルカエア種を使用して得た、グラフェンオキシド（対照）のサイクリックボルタンメトリーと、ＮとＳとでドープされたグラフェンオキシドサンプルとの間の結果の、２種の比較グラフを表す図であり、ここで、元素の硫黄は、最終電子受容体として、かつホルメート上で増殖したとして付与され（グラフＡ）、ここで、チオスルフェートおよびポリスルフィドは電子受容体として付与された（グラフＢ）。それぞれが３種の異なる基質（ＰＹＲ、ＡＣ、ＦＯＲＭ）で増殖させた微生物（ＨＳＲ）の種を使用して３種のドープされたグラフェンサンプルの、ドープされていないグラフェンオキシドに対する、ＸＰＳスペクトルをそれぞれ示している３種のグラフを示す図であり、それぞれａ）Ｃの１ｓ混成、ｂ）Ｎの１ｓ混成、およびｃ）Ｓの２ｐ混成である。それぞれ、チオスルフェート（グラフＡ）およびポリスルフィド（グラフＢ）で培養されたＡＡＲＣ－Ｓ株の、微生物での処理後の、ドープされたグラフェンサンプル中の窒素の化学的形態の分析に関する２種のグラフを表す図である。チオスルフェートで増殖させた本発明の微生物（ＡＡＲＣ－Ｓ）で改質されたグラフェンのサンプル中の硫黄の化学的形態の、ＸＰＳスペクトルのグラフを表す図である。

本発明は、ナノ材料の工業的用途を見越した、グラフェンオキシド（ＧＯ）をドープする生物化学的方法を本質的に指す。いわゆる「ドープする」は、グラフェンオキシド、特定の微生物、およびそれらの培地の間の物理的近さによって排他的に可能にする、方法である。以下の記述では、用語「ドープする」および関連語は、初期にその元々の構造中に不在であった原子の挿入によって、分子の化学組成を変更する方法を意味する。この方法は、それに供された材料の物理化学的性質を改質する。本発明の特定の事例では、「Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ」は、窒素（Ｎ）原子と硫黄（Ｓ）原子とでドープされたグラフェン、すなわち文字通り、Ｎ［窒素］，Ｓ［硫黄］－Ｄ［デュアル］Ｄ［ドープされた］Ｇ［グラフェン］を意味する。

製品の最終の精製の工程を除き、ドープを実施するのに中断は必要ないことが注目されるべきである。
加えて、一般に、選択された微生物の呼吸機能が、非常に高い挿入率を有する不安定分子の放出を可能にする。次いで、不安定分子とＧＯとの間の近さは、硫黄（Ｓ）原子と窒素（Ｎ）原子との、グラフェンオキシド（Ｃ_nＨ_iＯ_j）の２次元構造への挿入を、驚くべき効果的な方法で可能にする。
すでに説明したように、そのようにドープされた、還元されたグラフェンオキシドの物理化学的性質は、最近では、ケイ素半導体の置き換えから、革新的な水の脱汚染システムの運用までの多様な用途における、それらの多用途性のために認識されている。したがって、単純で効果的で経済的な方法に、大きな関心が集まっている。

したがって、本発明によれば、窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造する方法は、以下の工程を含む；
－厳密に嫌気性であり、かつスルファイト還元性であり、かつ２００ｇ・Ｌ^-1を超える塩分条件および７．０～１０．０の間からなるｐＨにおいて、２０℃～５０℃の間で生存可能なハロバクテリア（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ）綱の微生物を準備する工程と、
－電子供与体として、最大１００ｍｍｏｌの量にある、水素（Ｈ２）、アセテート（Ｃ２Ｈ４Ｏ２）、ホルメート（ＣＨ２Ｏ２）、グリセロール（Ｃ３Ｈ８Ｏ５）、グルコース（Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）、スクロース（Ｃ１２Ｈ２２Ｏ１１）および他の類似の糖、ラクテート（Ｃ３Ｈ６Ｏ３）、短鎖脂肪酸（Ｃ４－Ｃ９）ならびに／またはピルベート（Ｃ３Ｈ４Ｏ３）を含み、かつ電子受容体として、最大５０ｍｍｏｌの量にある、元素の硫黄（Ｓ８°）、ポリスルフィド（－Ｓ－Ｓ６－Ｓ－）、チオスルフェート（Ｓ２Ｏ３２－）、ジメチルスルホキシド（ＣＨ３）２ＳＯ、テトラチオネート（Ｓ４Ｏ６２－）を含む、Ｓ２－よりも多く酸化された硫黄形態のうちの任意の１つを含む媒質中で、前記微生物を培養する工程と、
－グラフェンオキシド（ＧＯ）の溶液を、前記微生物を含有する前記培地と、窒素および硫黄でのドープを得るのに十分な時間の間、接触させる工程と、
－グラフェンを洗浄して、有機相と、酸化させたグラフェンと反応していない窒素および硫黄を含有する分子の両方を、除去する工程。

微生物を準備する工程は特に重要であり、その理由は、微生物の、生物学的なドープを実施するためのグラフェンの使用に関する先行技術の情報が、そのような方法の真の効能についてのデータを提供するのに十分でなく明確でないためである。
上に記載されているように、今までグラフェンをドープするために実験的に使用されてきた微生物は、エウバクテリア（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉａ）界、「クラシックな」細菌の幹、硫黄中の化学－合成的細菌酸化スルフィド酸、亜硫酸および硫酸中の硫黄、ならびにスルフェート中のチオスルフェートであるスルフェート還元性細菌（ＳＲＢ）群に属する。

分類法が微生物の新しい種の発見に基づいて持続的に再構成される場合でさえ、任意の事例においてエウバクテリアはアルカエア（Ａｒｃｈａｅａ）とは根本的に異なると満場一致で考えられており、そこにハロバクテリア（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ）（またはハロアルカエア（Ｈａｌｏａｒｃｈａｅａ））綱が属する。

好ましくは、本発明のハロバクテリアは、ハラルカリアルカエウム（Ｈａｌａｌｋａｌｉａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハラナエロアルカエウム（Ｈａｌａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハロデスルフラルカエウム（Ｈａｌｏｄｅｓｕｌｆｕｒａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハラルカエオグロブス（Ｈａｌａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ）属、ナトラナエロアルカエウム（Ｎａｔｒａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍ）およびナトロノリムノビウス（Ｎａｔｒｏｎｏｌｉｍｎｏｂｉｕｓ）属（図１）から選択され、より好ましくは、ハラルカリアルカエウム属の中ではハラルカリアルカエウム・デスルフリクム（Ｈａｌａｌｋａｌｉａｒｃｈａｅｕｍｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃｕｍ）種、ハラナエロアルカエウム属の中ではハラナエロアルカエウム・スルフリレドゥケンス（Ｈａｌａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍｓｕｌｆｕｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）種、ハロデスルフラルカエウム属の中ではハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム（Ｈａｌｏｄｅｓｕｌｆｕｒａｒｃｈａｅｕｍｆｏｒｍｉｃｉｃｕｍ）種、ハラルカエオグロブス属の中ではハラルカエオグロブス・デスルフリクス（Ｈａｌａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃｕｓ）種、ナトラナエロアルカエウム属の中ではナトラナエロアルカエウム・スルフィディゲヌム（Ｎａｔｒａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍｓｕｌｆｉｄｉｇｅｎｕｍ）種、ナトロノリムノビウス属の中ではナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンス（Ｎａｔｒｏｎｏｌｉｍｎｏｂｉｕｓｓｕｌｆｕｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）種から選択される。電子供与体として、アセテート（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ₂）、ホルメート（ＣＨ₂Ｏ₂）、グリセリン（Ｃ₃Ｈ₈Ｏ₅）、グルコース（Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆）、スクロース（Ｃ₁₂Ｈ₂₂Ｏ₁₁）および／またはピルベート（Ｃ₃Ｈ₄Ｏ₃）等の単純な有機物質を使用して、これらの生理的に排他的な有機物は、元素の硫黄（Ｓ₈°）、ポリスルフィド（^-Ｓ－Ｓ₆－Ｓ^-）、チオスルフェート（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）、ジメチル－スルホキシド（ＣＨ₃）₂ＳＯ、テトラチオネート（Ｓ₄Ｏ₆ ^2-）の両方を還元し、かつそれらの硫黄依存性呼吸の最終生成物としてＨ₂Ｓを生成する。

特に、上記のハラルカリアルカエウム・デスルフリクム種およびナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンス種が、それぞれ、「Sulfur respiration in a group of facultatively anaerobic natronoarchaea ubiquitous in hypersaline soda lakes」, Frontiers in Microbiology, Volume 9, Article 2359, 2 October 2018, Sorokin et al.においてコードＡＡｒｃ－ＳおよびＡＡｒｃ１で記載され、特徴づけられている。ハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム種が、「Discovery of anaerobic lithoheterotrophic haloarchaea, ubiquitous in hypersaline habitats」, The ISME Journal, volume 11, pages 1245-1260 (2017), Sorokin et al.においてコードＨＴＳＲ１およびＨＳＲ６で記載され、特徴づけられている。ハラナエロアルカエウム・スルフリレドゥケンス種が、「Elemental sulfur and acetate can support life of a novel strictly anaerobic haloarchaeon」, The ISME Journal, volume 10, pages 240-252 (2016), Sorokin et al.においてコードＨＳＲ１２で記載され、特徴づけられている。ハラルカエオグロブス・デスルフリクス種が、コードＨＳＲ１２で記載され、特徴づけられており、かつモスクワのロシア科学アカデミーのＵＮＩＱＥＭ（ヴィノグラツキー微生物研究所の培地コレクション）コレクションセンターに、識別番号Ｕ１０００^Tで寄託されている。ナトラナエロアルカエウム・スルフィディゲヌム種が、コードＡＡｒｃ－Ｓで記載され、特徴づけられており、かつモスクワのロシア科学アカデミーのＵＮＩＱＥＭ（ヴィノグラツキー微生物研究所の培地コレクション）コレクションセンターに、識別番号Ｕ９９９^Tで寄託されている。

加えて、その論文中のハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム種ＨＴＳＲ１が、モスクワのロシア科学アカデミーのＵＮＩＱＥＭコレクションセンターに寄託された。そのため、そのゲノムは、ＧｅｎＢａｎｋデータベースにおいて、アクセス番号ＣＰ０１６０７０で入手可能である。ナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンス種ＡＡｒｃ１が、モスクワのロシア科学アカデミーのＵＮＩＱＥＭコレクションセンターに識別番Ｕ９３２^Tで、かつ日本微生物コレクションセンターにアクセス番号ＪＣＭ３０６６３^Tで寄託されている。ハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム種ＨＳＲ６が、同じロシアのセンター（ＵＮＩＱＥＭ）に番号Ｕ９８３^Tで、かつ日本のセンターＪＭＣに番号３０６６２^Tで寄託されている。ハラルカリアルカエウム・デスルフリクム種ＡＡｒｃ－Ｓ１が、ＵＮＩＱＥＭに番号Ｕ９９９^Tで、かつＪＣＭセンターに番号３０６６４^Tで寄託された。前述した刊行物において述べられているように、すべてのこれらのハロアルカエアは、未知の硫黄に基づくある種の硫黄呼吸を有する。それらは、いずれにしても、いくつかの高塩性生息地において偏在性である。上に記載した増殖する培地を用いて、ハラナエロアルカエウム属、ハロデスルフラルカエウム属、ハラルカエオグロブス属、ナトラナエロアルカエウム属およびナトロノリムノビウス属に属するアルカエア株は、ブライン、およびストロンボリ火山島（ＡｅｏｌｉａｎＡｒｃｈｉｐｅｌａｇｏ、地中海、イタリア）で収集された高塩性堆積物サンプルから単離された。これらの株は分析され、上に挙げた刊行物に記載されている株と同一の化学的／形態学的／遺伝学的特性を示し、したがって、同じコードで示された。

上に挙げたすべての微生物の活動は、呼吸プロセスの最終フェーズにおいて、最大１０～１５ｍｍｏｌのＨ₂Ｓの生成で終わることが観察されている。さらに、これらの微生物は、有利にも、ＧＯの毒性に対して大きい抵抗性を有する。実際、ＧＯの存在はＳＲＢの増殖条件および生存条件に負の影響を及ぼすことが明示されているが、上に挙げたハロバクテリアではそうではない。特に、以下に説明するように、ＧＯのドープを進めるために、１．０～２．０ｍｇ・ｍＬ^-1の量、すなわちGuo et al. (2013)により使用されたものよりも１０～２０倍多い量が使用されている。
したがって、これらの特定のかつ選択された微生物を使用すると、先に記載された生物的方法よりもはるかに多くのドープを実施することが可能になる。

培地はまた、一側面から、微生物の増殖を可能にし、かつ同時にグラフェンオキシド（ＧＯ）をドープするための窒素および硫黄の必要な源を提供する。
好ましくは、前記培地は、２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、３ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄、０，５ｇ・Ｌ^-1のＮＨ₄Ｃｌ、１～５ｍＭのＭｇＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏを含み、滅菌され、次いで２０～５０ｍｇ・Ｌ^-1の酵母抽出物、１ｍｌ・Ｌ^-1の酸性微量金属溶液、１ｍＬ・Ｌ^-1のＳｅ／Ｗアルカリ溶液、およびビタミンの混合物が添加される。最終ｐＨは７に制御される。より好ましくは、ハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム種およびハラナエロアルカエウム・スルフリレドゥケンス種で、培地はまた、１０ｇ・Ｌ^-1のＨＥＰＥＳも含む。加えて、１ｍＬの微量金属の酸性溶液は、（培地１リットルに）以下の物質、ＨＣｌ０．０１Ｎ（すなわち１０ｍｍｏｌ）、０．６ｇのＣｏＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、３０ｍｇのＣｕＣｌ₂、０．３ｇのＦｅＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、１．１４ｇのＨ₃ＢＯ₃、４ｇのＭｎＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、０．５ｇのＮａ₂ＭｏＯ₄×２Ｈ₂Ｏ、０．３ｇのＮｉＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、および最後に０．４２ｇのＺｎＣｌ₂を好ましくは含む。

好ましくは、ビタミン混合物は、１リットルの蒸留水に対して、１ｍｇのビタミンＢ₁₂、２０ｍｇのビオチン、２０ｍｇの葉酸、５０ｍｇのニコチン酸、５０ｍｇのｐ－アミノ安息香酸、５０ｍｇのパントテン酸カルシウム、１００ｍｇのピリドキシン×ＨＣｌ、５０ｍｇのリボフラビン、５０ｍｇのチアミンおよび５０ｍｇのチオン酸を含む。
Ｓｅ／Ｗアルカリ溶液は、（０．０１Ｎ［すなわち１０ｍｍｏｌ］のＮａＯＨ１リットルに対して）以下の物質、２ｍｇのＮａ₂ＳｅＯ₃および４ｍｇのＮａ₂ＷＯ₄×１．５のＨ₂Ｏから好ましくはなる。
媒質のｐＨはまた、特定の要請、例えば７．０に、１ＭのＫＯＨを添加することによって調整されうる。

本発明の実施形態によれば、培地は、２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、５ｇ・Ｌ^-1のＫＣｌ、２ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄、０．５ｇ・Ｌ^-1のＮＨ₄Ｃｌを含む第１の培地、１９０ｇ・Ｌ^-1のＮａ₂ＣＯ₃、３０ｇ・Ｌ^-1のＮａＨＣＯ₃、１６ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、５．０ｇ・Ｌ^-1のＫＣｌ、８ｍＭのＮＨ₄Ｃｌ、１．０ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄を含む第２の培地の、２種の培地の混合物からなる。両方の媒質が、１ｍＭのＭｇＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏで補充される。これまでのように、滅菌後、２０～５０ｍｇのＬ－１の酵母抽出物、１ｍｌのＬ^-１の、上に挙げた酸微量金属溶液、１ｍＬ・Ｌ^-1の、上に挙げたＳｅ／Ｗアルカリ溶液、および上に挙げたビタミン混合物が添加される。最終ｐＨは７に調整される。より好ましくは、ハロデスルフラカエウム・フォルミキクム種およびハラナエロアルカエウム・スルフリレドゥケンス種と共に、上記媒質はまた、１０ｇ・Ｌ^-1のＨＥＰＥＳも含む。

さらなる実施形態によれば、ハラルカリアルカエウム・デスルフリクムを増殖させるのに使用される培地は、好ましくは、９．６の最終ｐＨを得るために第１の媒質と第２の媒質とを１：１の比で混合することによって得られ、その一方で、ナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンスのための培地は、９．３の最終ｐＨを得るために第１の媒質と第２の媒質とを３：１の比で混合することによって形成される。
一般に、本発明の微生物は、増殖中、静的条件下で、すなわち激しい撹拌なしで、それらの培地内に保たれる。

グラフェンオキシド（ＧＯ）を細胞培地と接触させる工程は、好ましくは、２ｍｇ・ｍＬ^-1未満またはそれと等しい濃度で、２０℃～５０℃の間の温度にて１０日から３０日の期間、撹拌ありでまたはなしで、細胞増殖培地中で直接、（粉末として固体相にある）グラフェンオキシドを添加することによって実施される。
このフェーズは、その中で、空の空間、すなわちグラフェンオキシドを含有する細胞培地によって充填されていない空間が、窒素またはアルゴン等の不活性ガスで飽和されている、単離されたドーピングチャンバまたは容器中で実施される。
微生物をグラフェンオキシドと接触させるフェーズ、すなわちドープのフェーズの終わりに、洗浄フェーズは、好ましくは、有機物を、ドープされたグラフェンオキシドから、例えば遠心分離および／またはろ過によって分離するフェーズを含む。より好ましくは、このフェーズは、２，０００～６，０００×ｇにて２～１０分間遠心分離して、ドープされたグラフェンを分離し、続いてグラフェンを等張性溶液（２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ）で洗浄し、かつ水道水または蒸留水での２つの連続した洗浄の工程、続いてドープされたグラフェンを保持するために、５～２０μｍの間の多孔度を有するＷｈａｔｍａｎ定性ろ紙グレード１でろ過する工程を含む。
ろ過フェーズの後、さらなる洗浄工程が適用されてもよく、フィルター上に保持された材料を、例えばＭｉｌｌｉ－Ｑ（登録商標）水の手段によって濯ぐことである。濯ぎは、好ましくは容器内または洗浄チャンバ内での激しい撹拌下、２回以上繰り返されうる。最後に、処理された材料は、従来型オーブン内で４０～８０℃にて２～６時間乾燥される。
好都合にも、Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ製品の、上に挙げた処理または洗浄の工程のいずれにおいても、有機溶媒も酸性物質も必要とされない。

本発明の第２の目的は、還元、および同時に、硫黄と窒素とでグラフェンオキシドをドープするための、厳密に嫌気性で硫黄還元性微生物のハロバクテリア綱の使用である。このような微生物は、２００ｇ・Ｌ^-1超の塩分条件および６．５～１０．０の間のｐＨにおいて、２０℃～５０℃の間で生存することができる。好ましくは、微生物は上に記載したものである。

本発明の第３の目的によれば、図２に示すように、上に記載されている方法は、窒素および硫黄でデュアルドープされたグラフェンの製造用プラント中で実施され得、プラントは、上に記載したグラフェンオキシド還元性微生物の第１の貯蔵および維持／増殖容器１、挙げられた微生物をグラフェンオキシド（ＧＯ）と混合するための少なくとも第２の容器（グラフェンオキシドのドーピングチャンバ）２を備え、この第２の容器は、第１の容器、第１の容器の調節手段３、第１の容器に連結されているｐＨ制御および調整手段４、第２の容器の温度制御および調整手段５、ドープされたグラフェンオキシドの分離／洗浄装置６、７、およびドープされ洗浄されたグラフェンの乾燥手段８に、水力学的に（hydraulically）連結されている。

好ましくは、第１の容器１は、例えば、適合可能な速度を有して従来技術の装置により制御可能な好適なモーターによって、ローテーションで駆動されるパドル撹拌機からなる、微生物培地のための撹拌手段９（図２に示さず）を備える。このような機能を有する容器は、例えば、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆにより商品名ＮｅｗＢｒｕｎｓｗｉｃｋ（登録商標）ＢｉｏＦｌｏＦｅｒｍｅｎｔｅｒｓ＆ＣｅｌｌｉＧｅｎ（登録商標）Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓで販売されているものである。
第１の容器の調節手段３は、好ましくは、容器内部の温度を検出して信号を従来技術のコントロールユニットへ送ることが可能な温度計を備え、コントロールユニットは、容器の外壁上の加熱流体の循環を、微生物の維持のために設定された温度に制御するために、この信号を検出してそれを処理する。加熱流体の代わりに、コイル等の電気素子を使用することが可能である。いずれの事例においても、加熱装置は完全に従来技術であり、例えば、上に挙げたＥｐｐｅｎｄｏｒｆ製品中で使用されている。
ｐＨのための制御および調整手段４は、コントロールユニットに連結された完全に従来技術のセンサーまたはｐＨメーターを備え、コントロールユニットは、容器１内部のｐＨの代表的信号を受け取り、微生物の繁栄のための所望の条件においてｐＨを維持するための酸（例えばＨＣｌ）または塩基（例えばＫＯＨ）物質の放出のために、信号を、任意の煽動ポンプ（図示せず）へ送る。

第２の容器中の温度制御および調整のための手段５はまた、第１の容器３を参照して記載された調節手段と同一であってもよい。第２の容器は、同様に、上に記載したものと同一の撹拌装置１０を備えてもよい。
ドープされたグラフェンの有機相の除去のための分離／洗浄手段６、７は、遠心分離機および／または５～２０μｍの間の多孔度を有するＷｈａｔｍａｎ定性ろ紙グレード１を備える。ベンチ遠心分離機が提唱され、例えばＥｐｐｅｎｄｏｒｆ５８０４Ｒ遠心分離機である。好ましくは、媒質の分離／洗浄は、フラスコの口の上に載置されてフィルターを備えている漏斗を備えた真空フィルターであり、フラスコは真空ポンプに連結されている。そのようなシステムは、例えばＭｅｍｂｒａｎｅＳｏｌｕｔｉｏｎＬＬＣにより商品名ＢＩＯ－ＰＵＲＥ（登録商標）ＶａｃｕｕｍＦｉｌｔｅｒｓ，ＳＩＧＭＡ－ＡＬＤＲＩＣＨ（登録商標）で販売されている。

さらなる分離／洗浄手段は、例えばガラス溶媒システム、すなわち液体サスペンションから本体（微生物、沈殿物および類似の粒子）を分離するよう設計された硬質ガラス化合物ろ過システムであってもよい。
したがって、これらの手段は、単純な分離、例えば遠心分離用のシステムとして、またはろ過を通じた分離も含む洗浄用のシステムとして、のいずれかで特定されうる。
乾燥手段８は、好ましくは真空下で操作される静的オーブン、例えばＺＺＫＤＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔにより商品名ＤＺＦ－６０１０ＶａｃｕｕｍＤｒｙｉｎｇＯｖｅｎで販売されているものを備える。

少なくとも第２の容器２またはドーピングチャンバに、選択された所望のパラメータに応じて所望のドープを実施するのに必要な好適な量を供給するために、プログラム可能な供給ポンプ１１、例えば蠕動ポンプが、第１の容器１と第２の容器（ドーピングチャンバ）２との間にインストールされることが注目されることになる。これらの調整は、一旦上に挙げたドープのプロセスの条件が公知となると、当業者内の任意の事例となる。さらに、代表的なプラントは、完全に従来技術である水力連結および関連するバルブ（図２中で参照番号なしで示されている）が備えられることになり、これは、緊急放出または安全放出のために、またはタンク中に収容されている液体の定期的洗浄用に空にするために、ドープされたグラフェンおよび他のありうる汚染物質から分離された培地の再利用のための正しい運用を保証するためである。

一旦、グラフェンオキシドが第２の容器内でドープされると、第２の容器は、好ましくはシステム中の再循環から分離されて、培地、微生物、およびＮ－Ｓデュアルドープグラフェンの混合物を集めるために開かれる。離脱がなされた後、容器は必要とされる条件において再配置され、さらなるドープのプロセスのために、（図２中の参照物ＧＯを入れるから示されているように）再度ＧＯが供給されうる。必要に応じて、それは次いで循環中へと再連結されうる。これらの運用は、図２に示されているもの等の流体圧回路のおかけで実施され得、ここで、導管２０、６０、７０、８０およびそれぞれのバルブ２１、６１は、前記循環を可能にする。

ドープの条件の適合は好適なコンピュータによって制御され、ここで、プログラムは、すべての作動条件（温度、圧力、化学的－物理的な値、例えば塩分およびｐＨ）を検出する従来型のセンサー、プローブ、温度計から信号を受け取り、ドープのプロセスの正しい管理を最良の方法において実施すべくコマンド信号を送るように走行する。
本発明のさらなる目的によれば、上記方法により得られうる窒素および硫黄でデュアルドープされたグラフェンオキシドは、グラフェンオキシド結晶中に挿入された原子の総パーセンテージに対して、１％～９％の間、好ましくは１％～５％の間の窒素含有量、および０．３％～１５％の間、好ましくは１％～１５％の間、より好ましくは１％～１０％の間の硫黄含有量によって特徴づけられる。これらの値は、以下のように得られた。採用された化学的分析は、サンプル中の炭素、硫黄、窒素および水素（ＣＨＮＳ）の組成を測定する破壊的技術である。分析は、酸素に富む雰囲気中、約１０００℃におけるサンプルの完全な燃焼に基づき（Analytical Methods Committee (2006) Evaluation of analytical instrumentation. Part XIX. CHNS elemental analyzers. Accreditation and Quality Assurance 11(11), 569-576. Doi:10.1007/s00769-006-0185-xに記載されている方法に従って）、燃焼中に生成された気体（ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂およびＳＯ₂）の回収を伴い、元々の組成を元素のパーセンテージとして付与する。元素分析に使用される機器は、ＬＥＣＯＣＨＮＳ－９３２（モデルＮＯ：６０１－８００－５００）であり、各測定のために、約２ｍｇの材料を使用した。

硫黄の事例では、その中でそれがドープのために使用される化学的形態が、組み込まれる分子のパーセンテージに影響を及ぼすことが注目されるべきである。したがって、Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ中の窒素および硫黄のパーセンテージはきわめて可変的であり、使用される種、ドープのために使用される（硫黄の事例では）前駆体の化学的形態、および（窒素の事例では）増殖条件に依存する。実施される実験的試験によれば、元素の硫黄の使用は、グラフェンオキシド中のその含有量のパーセンテージを著しく増加させる。

したがって、本発明による方法の（コスト、エコロジー的影響および実用性以外の）特定の利点は、上に特定した条件を多様化させることによって、要請に応じてＮ原子とＳ原子との挿入比を調整しうると考えられる。
本発明の事例では、硫黄に好ましい最適なＳ：Ｎ比（１：１）からの逸脱は、製品の触媒効能に悪影響を与えることはなく、その理由はおそらくは、それらが、新しい材料中に統合された硫黄成分を排他的とするわけではないためである。事実、ドープされたグラフェンの、有機溶媒での洗浄フェーズの添加は、表面硫黄堆積物を除去し、それらのパーセンテージ値を著しく下げる。
本発明の方法に従って得られた結果は、生物的にドープされたＮ，Ｓ－ＤＤＧが、優れた酸素還元触媒作用（ＯＲＲ）の性質を有していることを示す（以下の例を参照されたい）。

特定のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析も実施し、化学的形態および元素の結合に関連して、２種のサンプル（チオスルフェートの存在下およびポリスルフィドの存在下でのＡＡＲＣ－Ｓ）を特徴づけた。用いた技術は、サンプルの表面（あるｎｍの深さ、典型的には２～４ｎｍ）の、元素の、構造の、および量の分析を行うことを可能にした。分析は、固体サンプル上で、約１０－８Ｐａの真空圧力において実施される。サンプルは、Ｘ線光子に供される（アルミニウムまたは代わりにマグネシウムのＫ_α線、この事例ではアルミニウムのＫ_α線が使用された）。Ｘ線光子は、サンプル中に存在する元素を励起し、その結果は、特定のエネルギーレベルからの電子の直接発光（光イオン化）であることができる。分析は、エネルギーをフィルタリングしてこれらの光電子を検出することからなる。光電子の動態エネルギーは、等式：
Ｅ_動態（光電子)＝Ｅ₀（Ｘ線）－Ｅ_結合(光電子）
に従った光子Ｘのエネルギーの関数である。
アルミニウムＸ線源は、Ｋ_α12＝１４８６．７ｅＶである。元素の同定（定性分析）は、光電子の結合エネルギーを測定することによって行われる。分析システムは、それらの動態エネルギーに従って電子をフィルタリングし、得られたスペクトルは結合エネルギースケール（逆スケール）において提示される。一旦、光子が発光されると、元素は励起状態にある。ありうる脱エネルギー状態は、３種の電子レベルを行うよう持ち込むオージエ電子の発光に相当する。オージエ電子の動態エネルギーは、入射したＸ線のエネルギーから独立している。Ｘ線は、サンプル中の重要な深さ（１μｍ）において貫通するが、光電子は、その厚さが数ナノメートルの桁のものである非常に薄い層からは抄出され得ない。ＸＰＳ技術は、定性的と定量的との両方であり、その理由は、感度が０．１％原子の桁のものであるからである。しかし、主な利点は、元素の化学的環境についての情報を得る可能性に潜在している。光電子ピークのエネルギー中の精密な位置は、分析された元素とその近隣との間の共有結合の性質を決定することを可能にする。炭素－酸素結合の事例では、例えば、酸素の電気陰性度は、炭素から酸素への電子の部分的移行を誘起することになる。このようにして、炭素プロトンは、電子に富むことが少ない環境において会い、これらの電子の結合エネルギーは増加される。

特に、上記分析を、単色Ｘ線源（アルミニウムＫ_α線）、二重陽極Ｘ線源（アルミニウムおよびマグネシウムＫ_α線）、電気絶縁サンプル用の電荷中和システムおよび半球型電子分析器を備えたＰＨＩＶｅｒｓａｐｒｏｂｅ５００発光分光計で実施した。装置はまた、電子源（約２００ｎｍの横方向解像度での純粋なオージエ分析）、低エネルギーイオン源（ＸＰＳまたはオージエ側面計）および挿入チャンバから分析チャンバへのサンプル用冷却システムも有する。この機器を用いて、１０μｍ～１ミリメートルの範囲のスポット直径で、サンプル上のＸ線源に焦点を当てることが可能である。詳細には、本発明に従ったサンプル上の分析は、２００μｍの円形スポット直径について５０ＷのＸ線管パワーで実施された。情報が集められ、全表面にわたる平均が算出される。

分光光度計に関して、光電子は、４５°の緊急角度にて集められる。スペクトルおよびウィンドウごとにセッティングは異なる。条件は、銀の３ｄ^5/2レベルの半値幅（ＦＷＨＭまたはＦｕｌｌＷｉｄｔｈａｔＨａｌｆＭａｘｉｍｕｍ）を測定することによって規定される（純銀本位制における購入）：
Ｗｒａｉｔｈ：ＦＷＨＭ＝２．３ｅＶ
Ｗｉｎｄｏｗｓ：ＦＷＨＭ＝０．８ｅＶ
操作はＭｕｌｔｉＰａｋ論理プログラムを用いて実施された。定量化のために、感度因子法を用い、面積の測定は、Ｓｈｉｒｌｅｙ法で連続的背景を減算した後にｗｉｎｄｏｗｓによって形成されたピークである。
結果は、図６のグラフＡおよび以下の表１によって表され、チオスルフェートで増殖させたＡＡＲＣ－Ｓ株を用いてドープされたグラフェンサンプルを参照し、その一方で図６によるグラフＢおよび以下の表２は、ポリスルフィドで増殖させたＡＡＲＣ－Ｓ株を使用してドープされたサンプルを参照する。

上の表のデータにあるように、本発明によれる手順は窒素および硫黄の非常に妥当な値を有するドープへと導いた。その上、図６にあるグラフは、ドープが深く起こること、したがってグラフはそれらが単純な堆積ではないことを示している。その上、ドープ前とドープ後とで硫黄の化学的形態を比べると、Ｎ，Ｓ－ＤＤＧは、硫黄でドープされているだけでなく、表面の不完全性から清浄されていると見ることができる（この方法の前では、測定された硫黄の化学的形態のみがスルフェートに相当し、これは実際にはグラフェンオキシドの分離の化学的プロセス中に使用された硫酸残渣に由来しており、この方法の後では、硫黄はスルフェートの形態にある明らかな少数であり、２ｐ形態において主に混成されており、すなわち炭素のヘキサゴン中に挿入され、したがってグラフェンオキシド結晶中に完全に統合されている）。

特に、図６のグラフを参照すると、約４００．１ｅＶのピークに相当する結合エネルギーの値から、本発明者らは、窒素からグラフェン構造に結合させる結合が主に熱分解窒素であるという、より精密な情報を得ている。実際に、公知の技術と比べると、窒素のドープは９０％超（ピーク面積）の値を有し、ドープで創製されうるすべての形態の窒素（ピリミジン、熱分解およびグラファイト質）の中でほとんどもっぱら熱分解である。対照的に、公知の技術は、およそ４０％の熱分解窒素のパーセンテージ量を示している。
同様に、図７のグラフを見ると、本発明者らは、約１６２．９ｅＶのピークを示す曲線が、いかにして、チオフェノール形態にある硫黄の存在を４０％超のパーセンテージにおいて示すかを見ることができる。硫黄のこの形態のドープは、いかなる公知の技術分野においても現れない。

結果的に、上記分析から、このドープの方法が、９０％超の熱分解窒素のパーセンテージおよび／または４０％超のチオフェノール硫黄のパーセンテージを有することによって特徴づけられる、窒素および硫黄でドープされたグラフェンオキシドを得ることを可能にすることが明らかである。
したがって、本発明のさらなる目的は、前に記載したドープされたグラフェンの、電子部品および電気化学部品（例えば燃料電池）、分析システム、精製システム、医薬、電話、航空、航空宇宙、ロボット工学として使用されるナノ材料、自動車機械の部品、航空、航空宇宙、ロボット工学等のエコサステナブルなマクロ材料の製造ための、使用である。
以下は、非網羅的な実施例として提供される、本発明のいくつかの実施形態である。

（実施例１）
ナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンス（イタリア、ストロンボリ島から分離されたＡＡｒｃ１株）を含有する細胞培地の使用による、グラフェンオキシドのＮ，Ｓ－ＤＤＧへの還元

１Ｌ「Ｓｃｈｏｔｔ」ボトルに、上記の第１の媒質と第２の媒質との３：１比の混合物（最終ｐＨ約９．６）を含有して５０ｍｍｏｌのポリスルフィドおよび５０ｍｍｏｌのホルメートで補充された９００ｍＬの鉱物媒質を充填した。１００ｍＬの細胞懸濁液（１０⁷細胞・ｍＬ^-1）を接種菌液として添加した。１．５ｇのグラフェンオキシド粉末を続けて添加してドープのプロセスを開始した。次いで、ボトルのヘッドスペースを窒素で５回、アルゴンで１回洗浄して、慎重に封止した。培地を、温度計で４０℃にて静的モード（振とうしない）に保った。毎日、ボトルを上下逆さにして、沈降したＧＯ／Ｎ，Ｓ－ＤＤＧを混合させた。ＧＯドープ処理の期間を、１か月に設定した。ポリスルフィド（前記微生物の呼吸における電子供与体）は、高度にアルカリ性の培地条件下で可溶性である。これはまた、硫化物イオン、ＣＯ₂分子（呼吸の最終生成物）およびホルメート分子（前記微生物の呼吸チェーンにおける電子供与体）にも適用する。したがって、形成したバイオマスとは別に、培地およびドーパント媒質中に不溶性生成物は存在しない。遠心分離（４，０００×ｇ、５分）による上記１か月の後、バイオマスからのＮ，Ｓ－ＤＤＧの分離を実施し、続いて５０ｍＬの等張性溶液（２４０ｇ・Ｌ^-1、ＮａＣｌ）での、沈殿したＮ，Ｓ－ＤＤＧの２回洗浄、および８μｍの多孔度を有するＷｈａｔｍａｎグレード１紙フィルターでの最終ろ過を実施した。得られた材料を、真空ポンプ、ろ過ランプおよびフィルターフラスコから構成されているＢＩＯ－ＰＵＲＥ（登録商標）Ｖａｃｕｕｍｆｉｌｔｅｒｓｍｏｄｕｌｅを通して濯いだ。液体懸濁液から粒子を分離するよう設計されている硬質ガラスろ過システムを用いた。洗浄を、２回／３回、Ｍｉｌｌｉ－Ｑ（登録商標）水で実施し、次いでろ液を、真空炉、タイプＤＺＦ－６０１０ＶａｃｕｕｍＤｒｙｉｎｇＯｖｅｎ内で６０℃にて４時間乾燥させた。すべてのＮ，Ｓ－ＤＤＧの精製の工程が、有機溶媒または酸生成物の使用を一切含まないことが注目されなければならない。

上記手順から得られたＮ、Ｓ－ＤＤＧは、ラマン分光法によって分析した以下の特性を示した。ラマン散乱分析において得られた情報は、本発明に従ってドープしたＮ、Ｓ－ＤＤＧについての図３で、ＤＤＧ－Ｓ図（ラマンスペクトル）としてグラフで表し（チオスルフェートの存在下でＨＴＳＲ１での第１のもの、ＤＤＧＯ－Ｔ曲線であり、ポリスルフィドの存在下でＨＴＳＲ１での第２のもの、ＤＤＧＯ－Ｓ曲線である）、ここで、横軸は、ｃｍ^-1で表される基本的な振動レベルｖ＝０とｖ＝１との間のジャンプのエネルギーに相当するラマンシフトを報告している（波の番号：

は、エネルギーと、電磁放射線の波長Ｅ＝ｈｖ＝ｈｃ・１／λの逆型との間の直接比例関係を想起させる）。機器の検出器によって集めたストークス光子の数に比例するラマン強度を、縦軸上で報告している。したがって、先に処理したＮ，Ｓ－ＤＤＧは、Ｒｅｎｉｓｈａｗ社製ラマン顕微鏡で得られた、図３で報告したスペクトルを示した。単色光は、可視スペクトル中の緑色のレーザー（５３２ｎｍ）であり、５ｍＷの電力を有する。１回の測定につき１．５ｍｇのサンプルを必要とする。分光測定を１％電力において実施し、各測定を１００～３２００ｃｍ^-1のスペクトル範囲において行い、各サンプルを１０回のサイクルで累積した。図３は、処理したサンプルのスペクトルと非処理のサンプルのスペクトルとの有意な差を示す。類似の研究から推定したグラフェンの２つのピークの特性（ＡおよびＢ、それぞれ約１３５０ｃｍ^-1および１６００ｃｍ^-1）を各曲線上に示す。スペクトルのＡ帯域は、構造における混成に関連し、より精密には、構造におけるｓｐ²混成によって通常引き起こされる障害のレベルに関連する。Ｂ帯域は、多層グラフェン構造に典型的な「層間」相互作用に関連する。より低い周波数範囲（１５０～５５０ｃｍ^-1）にあるラマン帯域は、処理したサンプルとＧＯ対照サンプルとの差のさらなる証拠を与える（図３のＧＯ曲線）。それらは、処理したサンプル中の、より低い炭素濃度を示し、そのため、より高いパーセンテージの異種原子が挿入されたという推論を強化する。より弱いラマン２Ａ（２５００ｃｍ^-1）帯域はまた、グラフェンの重層された性質を伴う。曲線２Ａが大きいほど、分析した材料は、汚染されていないグラフェン構造に近い。したがって、再度、それが低い信号を有するという事実は、得られたドープされたグラフェンの優れた品質を証明している。最後に、Ａピークの強度とＢピークの強度との比（Ｉ_A／Ｉ_B）は、炭素質材料の結晶構造中の障害のレベルを特徴づけるために通常用いられるパラメータである。分析したシートの欠陥のある形態学の評価を許容すると、このパラメータは、グラフェンの構造における本発明の試験した（ドープする）方法の効果についての情報を付与する。Ｉ_A／Ｉ_B比が高いほど、ドープの性能は高い。それは、ＧＯ（対照サンプル）については０．９～１．１の値、かつ処理したサンプルについては１．２～２．０の可変な値（使用した微生物に依る）を有する。微生物ナトロリムノビウス・スルフリドゥケンシス（ＡＡｒｃ１）によってドープされたグラフェンオキシドのＩ_A／Ｉ_B比は、約１．４８に相当する（図３）。

（実施例２）
ハロデスルフラルアルカエム・フォルミキクム（イタリア、ストロンボリ島から分離したＨＴＳＲ１株）を含有する細胞培地の使用によるＮ，Ｓ－ＤＤＧ中のグラフェンオキシドの還元
Ｓｃｈｏｔｔの１Ｌボトルに、２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、３ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄、０．５ｇ・Ｌ^-1のＨ₄Ｃｌ、１～５ｍＭのＭｇＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、１ｍｌ・Ｌ^-1の酸性微量金属溶液、そのほかに（培地１リットルに対して）以下の物質、ＨＣｌ０．０１Ｎ（すなわち１０ｍｍｏｌ）、０．６ｇのＣｏＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、３０ｍｇのＣｕＣｌ₂、０．３ｇのＦｅＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、１．１４ｇのＨ₃ＢＯ₃、４ｇのＭｎＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、０．５ｇのＮａ₂ＭｏＯ₄×２Ｈ₂Ｏ、０．３ｇのＮｉＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、および最後に０．４２ｇのＺｎＣｌ₂を含有する９００ｍＬの鉱物媒質を充填した。滅菌後、２０～５０ｍｇの酵母抽出物、１０ｇ・Ｌ^-1のＨＥＰＥＳ（最終ｐＨ約７．０）、３０ｍｍｏｌのチオスルフェートおよび５０ｍｍｏｌのホルメートを添加した。１００ｍＬの細胞懸濁液（１０⁷細胞・ｍＬ^-1）を接種菌液として添加した。ボトルのヘッドスペースを窒素で５回、アルゴンで１回洗浄し、慎重に封止した。ドープする方法のための１．５ｇのグラフェオキシド粉末を５０ｍＬフラスコに添加し、フラスコを、４０ｍＬ・ｈ^-1の速度で作動させる煽動ポンプの介在を伴う、ノルプレンチューブを有する培養ボトルに連結させた。このポンプは、増殖する培地がボトルからドーパントフラスコ中に循環して、次いで、８μｍの多孔度を有するＷｈａｔｍａｎグレード１紙フィルターを通った後に培養ボトルに戻ることを可能にする。先になされたように、培養は、静的モード（激しい撹拌なし）で４０℃にて１か月間実施した。今度は、ドーパントフラスコを、温度５０℃、２５０ｒｐｍにて撹拌というパラメータで調整したＳｔｉｒｒｅｒＰｒｏ加熱プレート／磁気撹拌機上に置いた。前のように、すべての生成物および試薬（明らかにＧＯを省いて生成されたＮ，Ｓ－ＤＤＧ）は水溶性である。したがって、バイオマスからのＮ，Ｓ－ＤＤＧの分離は、遠心分離（４，０００×ｇ、５分）、それに続く等張性溶液（２４０ｇ・Ｌ^-1）５０ｍＬでの２種の洗浄、および８μｍの多孔度を有するＷｈａｔｍａｎグレード１紙でのろ過によって容易に実施することができた。次いで得られた材料をＢＩＯ－ＰＵＲＥ（登録商標）Ｖａｃｕｕｍｆｉｌｔｅｒｓｍｏｄｕｌｅを通してＭｉｌｌｉ－Ｑ（登録商標）水で３回濯いだ。次いで、それを、真空オーブン、タイプＤＺＦ－６０１０ＶａｃｕｕｍＤｒｙｉｎｇＯｖｅｎ中、６０℃にて４時間乾燥させた。

ここでも、Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ精製の工程のいずれについても、有機溶媒も酸も必要としない。
上記手順から得たＮ，Ｓ－ＤＤＧは、以下のラマンスペクトル（ＤＤＧ－Ｔ曲線）を示した：ピークＡの面積は２，６９２Ｅ＋０５であり、ピークＢの面積は２，０４２Ｅ＋０５であった。結論付けると、実施例２において、微生物ハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム（ＨＴＲＳ１）によってドープされたグラフェンオキシドのＩ_A／Ｉ_B比は、約１．３２に相当した（図３）。

（実施例３）
実施例１および２に従って製造したＮ，Ｓ－ＤＤＧでの、電解セルにおける酸素還元反応
ここで、本発明者らは、酸素を過酸化水素へ還元するために、実施例１および２に従ってドープしたグラフェンの触媒の性能を測定した。

製造したＨ₂Ｏ₂のパーセンテージを得るために、電気化学的特徴づけのための以下の測定を、バイポテンシオスタット－ガルバノスタットによって制御する３電極セルにおいて実施した。この目的のために、その上で乾燥させた触媒インクでコーティングした白金リングおよびガラス状ディスクからなる回転するリング－ディスク電極（ＲＲＤＥ）を作用極として使用した。ＯＲＲ（酸素還元反応）作用を、ＲＨＥ（参照の水素電極）に対する１．１～０．２Ｖの間の分極曲線を用いて、Ｏ₂流れ中１６００ｒｐｍにおいて試験した。Ｈ₂Ｏ₂形成を検出するために、測定を、１．２Ｖに保持したリング電極を用いて実施した。

（導電体として知られる白金のような）良好な触媒によるＯ₂の電気化学的還元は、中間フェーズを有さず、分子の酸素を直接に水（Ｈ₂Ｏ）へと還元する。したがって、過酸化水素は、反応の副産物としてほとんど完全に不在である。他方で、未加工のグラフェンオキシドは反対の特性を有し、それは、酸素の、過酸化水素への還元のための優れた触媒であり、水中での過酸化水素還元の阻害剤である。それにもかかわらず、この未加工の材料が電気を良く伝導しないため、生成されるＨ₂Ｏ₂の予想の体積は、水に対して大多数の比ではあるが、低いままである。以下の実験を、（未加工の、ならびにそれぞれＨＴＳＲ１によっておよびＡＡｒｃ１生物的作用でドープした）１ｍｇのグラフェンオキシドからなる電極で実施した。
（ｉ）ＨＴＳＲ１ドープグラフェンオキシドサンプルを使用して、本発明者らは９２±３％Ｈ₂Ｏおよび８±３％Ｈ₂Ｏ₂の収率を得る。
（ｉｉ）ＡＡｒｃ１ドープグラフェンオキシドサンプルを使用して、本発明者らは７２±５％Ｈ₂Ｏおよび２８±５％Ｈ₂Ｏ₂の収率を得る。
（ｉｉｉ）ＨＳＲ２ドープグラフェンオキシドサンプルを使用して、本発明者らは９０±２％Ｈ₂Ｏおよび１０±２％Ｈ₂Ｏ₂の収率を得る。
（ｉｖ）最後に未加工のグラフェンオキシドサンプルを使用して、本発明者らは２．４±０．３％Ｈ₂Ｏおよび９７．６±３．７％Ｈ₂Ｏ₂の収率を得る。

第２に、電気合成によって製造した過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の製品を測定した。
（ｉ）ＨＴＳＲ１ドープグラフェンオキシドサンプル製品を、ドープした材料１ｍｇ当たり４．３７ｍｇ・ｈ^-1と評価した。
（ｉｉ）Ａａｒｃ１ドープグラフェンオキシド製品を、ドープした材料１ｍｇ当たり３２．１ｍｇ・ｈ^-1と評価した。
（ｉｉｉ）ＨＳＲ２ドープグラフェンオキシド製品を、ドープした材料１ｍｇ当たり１０．２ｍｇ・ｈ^-1と評価した。
（ｉｖ）未加工のグラフェンオキシド製品を、未加工の材料１ｍｇ当たり１０．５μｇ・ｈ^-1と評価した。

ＡＡｒｃ１で改質したグラフェンによるＨ₂Ｏ₂のより高率の製造は、この材料が、Ｏ₂のＨ₂Ｏへの還元のためにわずかに効果の低い触媒であるという事実に起因し得、この材料は、いずれにしても導電性である。これに基づいて、ＡＡｒｃ１で改質したグラフェンは、Ｈ₂Ｏ₂を生成するのにより効率的な材料であるように見え、一方で、ＨＳＴＲ１で改質したグラフェンは、Ｏ₂からＨ₂Ｏを生成するのにより効率的であると考えられる。いずれの事例でも、ＡＡｒｃ１で改質したグラフェンおよびＨＳＴＲ１で改質したグラフェンの生産性は、対照のグラフェンオキシドの生産性よりも実質的に高い（それぞれ、３１５０倍および９７０倍高く、すなわち３倍高い）。

（実施例４）
サイクリックボルタンメトリー分析
上に挙げた電極を異なる材料で改質した：還元したＧＯで２種の電極を改質し、１種は、アセテート（曲線２）およびピルベート（曲線３）で増殖させた、ＨＳＲ２コードで特定した、上に挙げた微生物での改質であり、１種は、ホルメート（曲線４）で増速させたＨＳＲ６での改質であり、かつ１種は、スクロース（曲線５）で増殖させたＡＡｒｃ－Ｓでの改質であり、すべての微生物について元素の硫黄を、電子受容体として使用した（図４Ａ）。図４では、代わりに、ポリスルフィド上で増殖させたＡＡｒｃ－１で還元したＧＯで改質した電極を使用し、かつチオスルフェート上で増殖させたＨＴＳＲ１で還元したＧＯで改質した電極を使用した。

本発明に従って改質したすべての電極は、本発明の方法でドープしたグラフェンによって引き起こされた拡大した面積に関連する収率を呈する。この結果は、一方で、ドープ手順が正しかったこと、他方で、それが、両方のグラフにおいて、ドープされていないＧＯ（曲線１）により表している対照と比べて効果的であったことを明示している。グラフＡで、カーブ面積の振幅がグラフＢのカーブの振幅よりも大きいが、グラフＡの事例では、既述したように、元素の硫黄を電子受容体として使用しており、これはドープしたグラフェンの、汚染物での洗浄を包含していることが特記されるべきである。対照的に、グラフＢの事例では、使用した受容体は汚染物の使用を包含していない。

（実施例５）
光電気Ｘ線分光測定
この技術は、Ｘ線光子で照射したときに固体によって放出された電子のエネルギーを研究することによる固体表面の特性付けを可能にする。このようにして、化学結合の状態および表面上の原子の濃度についての情報を得る。
使用した機器は、半球型電子分析器、電子５倍増管型検出器（Ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ（登録商標））およびＭｇ（Ｋ_α＝１２５３．６ｅＶ）のアノードＸ線放出源から構成されている分光光度計ＶＧＥＳＣＡＬＡＢ２００Ｒ（ＶＧ－Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）であり、９トール未満の作動チャンバ中圧力を有し、１２ｋＶおよび１０ｍＡで作動させる。触媒の表面上の元素の炭素、酸素、窒素および硫黄、ならびにそれらの酸化状態を、ＸＰＳ技術を用いて分析した。

以下の表３は、すべての触媒の原子表面比Ｏ／Ｃ、Ｎ／ＣおよびＳ／Ｃから得られた値を詳述している。本発明のハロバクテリアでのグラフェンオキシドの処理がグラフェンオキシドの還元をもたらし、そのため表面の酸素を低減させ、本発明のバクテリアＨＴＳＲで処理したサンプル中の硫黄および窒素のヘテロ原子の含有量を増加させることが注目されうる。
特に、ＨＴＲＳ１で処理したサンプルが最多の硫黄含有量を有し、その一方で、ＨＳＲ２で処理したサンプルが最多の窒素含有量を有する。硫黄、窒素および酸素の中間値を、ＨＳＲ６で処理したサンプルで得る。

加えて、本発明の微生物で処理した３種のサンプルのＯ／Ｃ比が、グラフェンオキシドのものの半分未満に相当することが特記されるべきである。このことは、導電性が、これらのサンプルの二重を超えることを意味する。

図５は、それぞれＨＳＲ２、ＨＳＲ６およびＨＴＲＳ１で処理した後の３種のサンプルから得た３種の異なる元素Ａ）炭素１ｓ、Ｂ）窒素１ｓ、およびＣ）硫黄２ｐの混成の、非処理のグラフェンオキシドサンプルに対するＸＰＳスペクトルを示す。
スペクトルＡ）は、すべてのサンプルのＣ１ｓゾーンを示し、それぞれ、グラファイト、ヒドロキシル、エポキシおよびカルボン酸の酸化状態に相当する４つのサブ群におけるそれらの分布の概要を記している。約２８４．５３ｅＶ未満の結合エネルギーを有するサブ群は、グラファイト炭素（Ｃ－Ｃ）に相当し、その一方で、後のサブ群は、より高い結合エネルギーを有する、より高い酸化状態に相当する。グラフェンオキシドとＨＳＲ微生物で処理したサンプルとの最大の差が、酸化された炭素サブ群についての曲線の振幅によって示されている（２８７．６６ｅＶにおいてＣ＝Ｏ、２８６．５５ｅＶにおいてＣ－Ｏ、Ｃ－Ｏ－Ｃ、Ｃ－Ｏ）。処理したサンプルでは、グラフェンオキシドにおけるものよりも有意に低い。このことは、微生物の存在下で、グラフェンオキシドにおける著しい還元が存在していたことを示す。

エネルギーレベルＮ１ｓ（図５Ｂ）のスペクトルを３種のピークへと等しく分けた。最も低い結合エネルギーピーク（約３９９ｅＶ）は、ピリミジン窒素に相当し、約４００ｅｖでの熱分解窒素、および約４０２ｅＶでのグラファイト窒素へと続く。最も高い強度を有するピークは、処理したすべての３種のサンプル中でピリミジン窒素である。観察した成分は、すべての３種のサンプルにおいて類似しているが、例外がＨＳＲ２であり、ここで、Ｎ－ピロール窒素の割合がわずかに高い。

ＨＴＳＲサンプルについての図５Ｃ）のＳ２ｐエネルギーレベルスペクトルを、４種の成分へと分け、例外がグラフェンオキシドサンプルであり、これを単一の群の下に保持した。窒素については、Ｓ２ｐ信号が、グラフェンオキシドで非常に低い。およそ約１６３～１６４ｅＶおよび約１６６ｅＶのＨＳＲサンプルにおいて得たピークは、それぞれ、グラフェン、チオフェンおよび酸化されたチオフェン（Ｃ－ＳＯ、Ｃ－ＳＯ₂）のアトミックチェーンにおける硫黄に起因する。代わりに、二硫酸（ＳＯ₄ ^2-）、スルファイト（ＳＯ₃ ^2-）またはチオスルファイト（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）の形態にある硫黄のより高い状態の酸化は、１６７ｅＶ超の結合エネルギーに相当すると考えらえる。

したがって、グラフは、他の微生物の使用に基づく類似のプロセスと比べてさえ、特にピロール窒素およびチオフェン硫黄等の特定した形態を有する本発明のバクテリアで処理したときの、グラフェンの還元における優れた性能、およびグラフェンの表面上のヘテロ原子ＮとＳとの含有量の増加を明示している。

Claims

窒素原子および硫黄原子でドープされたグラフェン（Ｎ，Ｓ－ＤＤＧ）を製造する方法であって、
－厳密に嫌気性であり、かつスルファイト還元性であり、かつ２００ｇ・Ｌ－１を超える塩分条件および７．０～１０．０のｐＨにおいて、２０℃～５０℃で生存可能なハロバクテリア（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉａ）綱の微生物を準備する工程と、
－電子供与体として、１００ｍｍｏｌまでの量で、水素（Ｈ₂）、アセテート（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ₂）、ホルメート（ＣＨ₂Ｏ₂）、グリセロール（Ｃ₃Ｈ₈Ｏ₅）、グルコース（Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆）、スクロース（Ｃ₁₂Ｈ₂₂Ｏ₁₁）および他の類似の糖、ラクテート（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ₃）、短鎖脂肪酸（Ｃ₄－Ｃ₉）ならびに／またはピルベート（Ｃ₃Ｈ₄Ｏ₃）を含み、かつ電子受容体として、５０ｍｍｏｌまでの量で、元素の硫黄（Ｓ₈°）、ポリスルフィド（－Ｓ－Ｓ₆－Ｓ－）、チオスルフェート（Ｓ₂Ｏ₃ ^2-）、ジメチルスルホキシド（ＣＨ₃）₂ＳＯ、テトラチオネート（Ｓ₄Ｏ₆ ^2-）を含む、Ｓ^2-よりも酸化された硫黄形態のうちの任意の１つを含む媒質中で、前記微生物を培養する工程と、
－グラフェンオキシド（ＧＯ）の溶液を、前記微生物を含有する前記培地と、窒素および硫黄でのドープを得るのに十分な時間、接触させる工程と、
－グラフェンを洗浄して、有機相と、酸化させたグラフェンと反応していない窒素および硫黄を含有する分子との両方を除去する工程と
を含む、方法。
前記微生物が、ハラルカリアルカエウム（Ｈａｌａｌｋａｌｉａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハラナエロアルカエウム（Ｈａｌａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハロデスルフラルカエウム（Ｈａｌｏｄｅｓｕｌｆｕｒａｒｃｈａｅｕｍ）属、ハラルカエオグロブス（Ｈａｌａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ）属、ナトラナエロアルカエウム（Ｎａｔｒａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍ）属およびナトロノリムノビウス（Ｎａｔｒｏｎｏｌｉｍｎｏｂｉｕｓ）属、好ましくは、ハラルカリアルカエウム・デスルフリクム（Ｈａｌａｌｋａｌｉａｒｃｈａｅｕｍｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃｕｍ）種、ハラナエロアルカエウム・スルフリレドゥケンス（Ｈａｌａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍｓｕｒｕｆｕｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）種、ハロデスルフラルカエウム・フォルミキクム（Ｈａｌｏｄｅｓｕｒｆｕｒａｒｃｈａｅｕｍｆｏｒｍｉｃｉｃｕｍ）種、ハラルカエオグロブス・デスルフリクス（Ｈａｌａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃｕｓ）種、ナトラナエロアルカエウム・スルフィディゲヌム（Ｎａｔｒａｎａｅｒｏａｒｃｈａｅｕｍｓｕｌｆｉｄｉｇｅｎｕｍ）種およびナトロノリムノビウス・スルフリレドゥケンス（Ｎａｔｒｏｎｏｌｉｍｎｏｂｉｕｓｓｕｌｆｕｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）種から選択される、請求項１に記載の方法。
前記培地が、２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、３ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄、０，５ｇ・Ｌ^-1のＮＨ₄Ｃｌ、１～５ｍＭのＭｇＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏを含み、滅菌されており、２０～５０ｍｇ・Ｌ^-1の酵母抽出物、１ｍｌ・Ｌ^-1の酸微量金属溶液、１ｍＬ・Ｌ^-1のＳｅ／Ｗアルカリ溶液およびビタミンミックスが添加されている、請求項１または２に記載の方法。
前記酸微量金属溶液が、（培地１リットルに対して）以下の物質、ＨＣｌ０．０１Ｎ、０．６ｇのＣｏＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、３０ｍｇのＣｕＣｌ₂、０．３ｇのＦｅＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、１．１４ｇのＨ₃ＢＯ₃、４ｇのＭｎＣｌ₂×４Ｈ₂Ｏ、０．５ｇのＮａ₂ＭｏＯ₄×２Ｈ₂Ｏ、０．３ｇのＮｉＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏおよび０．４２ｇのＺｎＣｌ₂を含み、前記ビタミンミックスが、脱イオン水１Ｌ当たり、１ｍｇのＢ₁₂ビタミン、２０ｍｇのビオチン、２０ｍｇの葉酸、５０ｍｇのニコチン酸、５０ｍｇのｐ－アミノ安息香酸、５０ｍｇのパントテン酸カルシウム、１００ｍｇのピリドキシン×ＨＣｌ、５０ｍｇのリボフラビン、５０ｍｇのチアミンおよび５０ｍｇのチオン酸を含み、前記Ｓｅ／Ｗアルカリ溶液が（０．０１ＮのＮａＯＨ１リットルに対して）以下の物質、２ｍｇのＮａ₂ＳｅＯ₃および４ｍｇのＮａ₂ＷＯ₄×１．５Ｈ₂Ｏからなる、請求項３に記載の方法。
前記培地が、１０ｇ・Ｌ^-1のＨＥＰＥＳをさらに含む、請求項３または４に記載の方法。
前記培地が、２種の培地の混合物であり、第１の培地が、２４０ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、５ｇ・Ｌ^-1のＫＣｌ、２ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄、０．５ｇ・Ｌ^-1のＮＨ₄Ｃｌを含み、第２の培地が、１９０ｇ・Ｌ^-1のＮａ₂ＣＯ₃、３０ｇ・Ｌ^-1のＮａＨＣＯ₃、１６ｇ・Ｌ^-1のＮａＣｌ、５．０ｇ・Ｌ^-1のＫＣｌ、８ｍＭのＮＨ₄Ｃｌ、１．０ｇ・Ｌ^-1のＫ₂ＨＰＯ₄を含み、両方の培地に、１ｍＭのＭｇＣｌ₂×６Ｈ₂Ｏ、１ｍＬ・Ｌ^-1の酸微量金属溶液、ビタミンミックス、１ｍＬ・Ｌ^-1のアルカリ溶液Ｓｅ／Ｗ、２０ｍｇ・Ｌ^-1の酵母抽出物が添加されている、請求項１または２に記載の方法。
グラフェンオキシド（ＧＯ）を細胞培地と接触させる工程が、２０℃～５０℃の温度で１０～３０日の時間、撹拌しながら又は攪拌せずに、２ｍｇ・ｍＬ^-1までの濃度で、粉末の形態にあるグラフェンオキシドを接触させて行われる、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
グラフェンを洗浄する工程が、遠心分離および／またはろ過による、グラフェンオキシドからの有機材料の分離を含み、好ましくは、前記工程が、２．０００～６．０００×ｇでの２～１０分間の遠心分離、続いて等張溶液での洗浄、および５～２０μｍの孔径を有するグラスファイバーフィルターでのろ過を含み、洗浄が、Ｍｉｌｌｉ－Ｑ（登録商標）水で実施され、２回または３回、好ましくは撹拌しながら繰り返され、最終の乾燥の工程が、４０℃～８０℃で２～６時間実施される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
窒素および硫黄でドープされたグラフェンオキシドを製造するためのプラントであって、グラフェンオキシドを還元する請求項１または２に記載の微生物の貯蔵および維持／増殖のための第１のタンク（１）と、前記第１のタンクに水力学的に連結されている、前記オキシドを前記微生物と混合しドープするための少なくとも第２のタンク（２）と、第１のタンクのための調節手段（３）と、前記第１のタンクのｐＨ制御および調整手段（４）と、前記第２のタンクの温度制御および調整手段（５）と、ドープされたグラフェンオキシドから有機相を分離するための手段（６）と、ドープされたグラフェンオキシドの洗浄手段（７）と、ドープされ洗浄されたグラフェンの乾燥手段（８）とを備える、プラント。
請求項１または２に記載の微生物の、窒素および硫黄でグラフェンオキシドをドープする方法における、使用。
原子の総パーセンテージに対するパーセンテージとして、１％～９％、好ましくは１％～５％の窒素原子と、０．３％～１５％、好ましくは１％～１０％の硫黄原子とを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法により窒素および硫黄でドープされたグラフェンオキシド。
窒素が、９０％超のパーセンテージで熱分解形態にあり、かつ／または硫黄が、４０％超のパーセンテージでチオフェノール形態にある、請求項１１に記載のグラフェンオキシド。
電子部品および電気化学部品、電気化学電池の電極、分析システム、浄化システム、医薬分野、テレコミュニケーション分野、航空分野、航空宇宙分野、ロボット分野のためのナノ部品として使用されるナノ材料、機械部品、自動車部品、航空部品、航空宇宙部品およびロボット部品としてのエコサステナブルなマクロ材料を製造するための、請求項１１または１２に記載のドープされたグラフェンオキシドの使用。