Graphene oxide là gì

  -  

Đối tượng

Phương pháp hóa học tổng hợpCơ chế phản ứngLàm sáng tỏ cấu trúcTổng hợp graphene

trừu tượng

Một chất khử hóa học chức năng kép mới, thiophene, đã được sử dụng để sản xuất graphene oxide (rGO) chất lượng cao do giảm hóa học của graphene oxide (GO) và chữa lành rGO. Thiophene làm giảm GO bằng cách cho các electron chấp nhận oxy trong khi nó được chuyển đổi thành thiophene bị oxy hóa trung gian mà cuối cùng được chuyển thành polyhydrocarbon do mất nguyên tử lưu huỳnh. Đáng ngạc nhiên, mẫu polyhydrocarbon đã giúp tạo ra rGO C chất lượng tốt (giảm hóa học) và rGO CT chất lượng cao sau khi xử lý nhiệt. Các nano nano rGO CT thu được không chứa bất kỳ tạp chất nitơ hoặc lưu huỳnh, được khử oxy cao và cho thấy hiệu quả chữa bệnh. Do đó, các tính chất điện của rGO CT được điều chế là vượt trội so với các rGO sản xuất hydrazine thông thường đòi hỏi các điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Phương pháp giảm thiểu và chữa bệnh kép mới của chúng tôi với thiophene có khả năng tiết kiệm năng lượng và tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt graphene chất lượng cao.

Bạn đang xem: Graphene oxide là gì

Đang xem: Graphene oxide là gì

Giới thiệu

Graphene đã thu hút được sự quan tâm lớn vì các tính chất vật lý độc đáo 1 phát sinh từ cấu trúc hai chiều (2D) cứng nhắc của nó và các ứng dụng tiềm năng của nó trong điện tử nano 2, vật liệu lưu trữ năng lượng 3, vật liệu composite 4 và cảm biến 5 . Tẩy da chết cơ học là một trong những phương pháp thành công đã được phát triển để chuẩn bị các tấm graphene chất lượng cao phù hợp cho các nghiên cứu cơ bản, nhưng việc sản xuất quy mô lớn các tấm graphene nguyên chất như vậy vẫn không khả thi. Thay vào đó, quá trình hóa học hóa học từ graphene oxide (GO) thành graphene oxide (rGO) thường được sử dụng để sản xuất hàng loạt graphene 6, 7, 8, 9, 10 . Nhiều loại hóa chất khử như hydrazine 11, NaBH 4 12, axit hydriodic (HI) 13, NaOH 14, axit ascorbic 15 và glucose 16 đã được sử dụng để chuyển GO thành rGO. Tuy nhiên, tất cả các chất khử này tạo ra các rGO không hoàn hảo có chứa mức độ khuyết tật hoặc rối loạn cao. Gần đây, Amarnath et al. đã giới thiệu một pyrrole như một chất khử hóa học mới trong quá trình này, nhưng tỷ lệ C / O cho thấy GO không bị giảm hoàn toàn và rGO có chứa ô nhiễm nitơ cao phát ra từ nguồn nitơ 17 . Kaminska và cộng sự. cũng giới thiệu khử và chức năng hóa của graphene oxide bằng tetrathiafulvalene 18 . Mặc dù nhu cầu cấp thiết để sản xuất một rGO không có khuyết tật, vẫn chưa có bất kỳ báo cáo nào về việc chữa lành hóa chất đối với các khuyết tật của rGO không có heteroatom trong quá trình khử GO thành rGO. Ngoài ra, việc phát triển các phương pháp giảm thiểu mới, thân thiện với môi trường, nhẹ và hiệu quả về chi phí vẫn là một thách thức đối với việc sản xuất hàng loạt các rGO chất lượng cao bằng phương pháp chữa bệnh bằng hóa chất.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu một chất khử chức năng kép mới, thiophene (T) có độ phản ứng thấp hơn pyrrole 17 và tạo ra các rGO chất lượng cao, không dị hợp bằng cách khử hóa học GO. Thiophene có thể được sử dụng để làm giảm GO đã chuẩn bị bằng cách cho điện tử chức năng kép và tiêu thụ oxy. Người ta cũng biết rằng bằng cách áp dụng một tiềm năng trên một dung dịch thiophene, nó có thể được trùng hợp, dẫn đến việc sử dụng nó như một chất oxy hóa của thiophene hoặc chất xúc tác liên kết ngang 19 . Bản thân GO cũng được biết là có khả năng oxy hóa 20 . Do đó, chúng tôi đã đưa ra giả thuyết rằng chất khử nhẹ, thiophene có thể được sử dụng để sản xuất GO hiệu quả hàng loạt bằng cách trở thành một polythiophene sulfoxide hoặc sulfone bị oxy hóa thông qua việc giải phóng electron và hấp thụ oxy. Cuối cùng, một polyhydrocarbon liên hợp π có thể thu được bằng cách loại bỏ dễ dàng nhóm sulfur dioxide (-SO 2 ) của polythiophene sulfoxide hoặc sulfone bị oxy hóa. Có khả năng cơ chế khử và chữa bệnh liên quan đến việc tặng các electron từ các monome thiophene để giảm GO thành rGO trong quá trình trùng hợp của chúng thành dạng oxy hóa (ví dụ thiophene sulfoxide và sulfone) 21, 22 . Chất trung gian polyhydrocarbon thu được có thể được sử dụng làm khuôn mẫu để chữa lành rGO, do đó cung cấp rGO chất lượng cao (Hình 1).

Xem thêm: Phí Yas Là Phí Gì - Các Từ Viết Tắt, Phụ

*
*

(a) Phổ Raman của GO (màu đỏ), rGO C đã điều chế (2 mL-T) sử dụng 2 mL thiophene (T) (màu xanh), rGO C (1 mL-T) sử dụng 1 mL thiophene (T) (màu nâu ), rGO C (0, 2 mL-T) sử dụng 0, 2 ml thiophene (T) (xanh lá cây), rGO CT (2 mL-T) sử dụng 2 mL thiophene với khử hóa học, sau đó xử lý nhiệt (xám) và rGO N2H4 bằng hydrazine (đen) ). (b) Phổ Raman của prGO (màu đỏ) và sản phẩm thu được từ việc xử lý prGO bằng thiophene (màu đen).

Hình ảnh kích thước đầy đủ

Thảo luận

Do đó, theo kết quả thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi có thể kết luận rằng việc xử lý thiophene đặc trưng duy nhất sau đó là xử lý nhiệt tạo ra rGO chất lượng cao. Các hạt nano rGO được chế tạo đã được khử tốt và tạo thành một vật liệu graphit kết tinh tốt mà không có bất kỳ tạp chất nguyên tử nào. Phần hiệu quả nhất là thiophene có thể tạo ra rGO được chữa lành tại chỗ cùng với giảm kép với khối lượng cao hơn và rGO được đồ họa hóa cao. Sự giảm rộng rãi này cùng với khoảng cách giữa các lớp trung bình tương đối nhỏ như được đo bằng XRD có lẽ là lý do chính cho các tính chất điện tốt. Công việc này thể hiện một chiến lược hiệu quả để thu được các hạt nano rGO chất lượng cao bằng cách sản xuất hàng loạt bằng cách sử dụng một hệ thống chất khử mới, thân thiện với môi trường.

Xem thêm: 0120 Là Mạng Gì, Đầu Số 0120 Đổi Thành Đầu Số Nào? Ý Nghĩa Của Đầu Số 0120

Tóm lại, việc giảm GO bằng thiophene đã được chứng minh là được đặc trưng bởi những lợi thế đáng kể so với các thủ tục được báo cáo khác. Các hạt nano rGO thu được được khử oxy cao và tạo thành một vật liệu graphit kết tinh tốt mà không có bất kỳ tạp chất nitơ hoặc lưu huỳnh. Một trong những ưu điểm lớn nhất là phản ứng khử chức năng kép với thiophene có thể tạo ra rGO C được chữa lành tại chỗ với khối lượng cao hơn và rGO được đồ họa hóa cao so với rGO được báo cáo. Thiophene làm giảm GO bằng cách cho các electron chấp nhận oxy trong khi nó được chuyển đổi thành thiophene bị oxy hóa và trùng hợp trung gian cuối cùng đã được chuyển thành polyhydrocarbon do mất nguyên tử lưu huỳnh. Đáng ngạc nhiên, mẫu polyhydrocarbon đã giúp tạo ra rGO C chất lượng tốt (giảm hóa học) và rGO CT chất lượng cao bằng cách xử lý nhiệt. Các ống nano CT rGO kết quả không chứa bất kỳ tạp chất nitơ và lưu huỳnh, được khử oxy cao và cho thấy hiệu quả chữa bệnh. Do đó, tính chất điện của rGO CT được điều chế tốt hơn so với rGO N2H4 thông thường đòi hỏi điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, đây là cách tiếp cận đầu tiên để chuẩn bị các hạt nano graphene sử dụng thiophene làm chất khử. Các kết quả thử nghiệm XPS, XRD, Raman, TGA, TEM và AFM của chúng tôi đã hỗ trợ đầy đủ cho sự hình thành của rGO chất lượng cao. Phương pháp giảm thiểu và chữa bệnh kép mới của chúng tôi bằng cách sử dụng thiophene có khả năng tiết kiệm năng lượng và tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt graphene chất lượng cao.