Причина дефектов в графене

Результаты нового исследования говорят о том, что состав продуктов термического отшелушивания оксида графена, применяющегося при получении графена гораздо сложнее, чем это предполагалось ранее.

Результаты исследования также указывают на то, что структура образующихся летучих органических соединений зависит от условий проведения процесса, а сами эти соединения могут влиять на строение образующегося графена.

Наиболее распространенный способ получения графена представляет собой термическое восстановление (или «термическое отшелушивание) оксида графена. Тем не менее, графен, полученный таким способом, зачастую содержит дефекты структуры и не обладает идеальным строением, напоминающим двумерные пчелиные соты. Одно из объяснений этого факта может заключаться в том, что дефекты образуются из-за органических сопродуктов. Эти вещества формируются в ходе такого восстановления и покидают реакционную систему в виде газа.

Причина дефектов в графене

Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, DOI: 10.1039/c3cp51189h

Руководитель исследования Мартин Пумера (Martin Pumera) из Технологического Университета Нантань (Сингапур) отмечает, что ранее общепризнанным считалось мнение, что единственными газообразными продуктами отшелушивания оксида графена являются вода, моноксид углерода и диоксид углерода. Тем не менее, как подчеркивает исследователь, это утверждение опиралось лишь на небольшой набор результатов несистематических экспериментов, в результате которых не изучались более сложные системы.

Пумера с коллегами проводили отшелушивание оксида графена в течение часов в автоклаве при температуре 500°C, после чего проанализировали газы, образовавшиеся в результате процесса, с помощью хромато-масс спектрометрии. В результате анализа было обнаружено большое количество летучих соединений, включая полициклические ароматические вещества, а также несколько азот- и серосодержащих веществ, образовавшихся из примесей, входивших в состав исходного оксида графена.

Более того, было обнаружено, что природа выделяющихся летучих веществ существенно зависит от давления (разные продукты фиксировались при давлениях 2 бар и 100 бар) и атмосферы, в которой протекало восстановление (при восстановлении в атмосфере водорода и аргона также наблюдались различные продукты). На состав летучих веществ оказывал влияние и способ получения оксида графена – образцы, полученные по методу Хаммерса (Hummers method), в котором используется серная кислота, нитрат калия и перманганат калия, давали больше всего летучих веществ.

Определение строения этих сопродуктов имеет огромное значение, поскольку они могут оказывать влияние на строение образующегося графена и, соответственно, область его применения. Пумера предполагает, что определение качественного и количественного содержания летучих веществ, образующихся при отшелушивании оксида графена, может оказаться полезным для определения природы дефектов.

Панс Наумов (Pance Naumov), специалист по химии материалов, отмечает, что результаты исследования химиков из Сингапура важны для разработки подходов к отшелушиванию оксида графена, в том числе и крупномасштабных.

Поставь закладку:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *