Forschungsteam stellt neue ungiftige Methode zur Herstellung von hochwertigem Graphenoxid vor

Forscher der Universität Umeå in Schweden haben einen neuen Weg zur Synthese von Graphenoxid gefunden, der im Vergleich zu Materialien, die mit der gängigsten Methode hergestellt werden, deutlich weniger Defekte aufweist. Ähnlich gutes Graphenoxid konnte bisher nur mit einer ziemlich gefährlichen Methode unter Verwendung extrem giftiger rauchender Salpetersäure synthetisiert werden.

Graphenoxid wird häufig zur Herstellung von Graphen durch Entfernung von Sauerstoff verwendet. Wenn es jedoch Löcher im Graphenoxid gibt, wird es auch Löcher geben, nachdem es in Graphen umgewandelt wurde. Daher ist die Qualität des Graphenoxids sehr wichtig.

Alexandr Talyzin und seine Forschungsgruppe haben nun das Rätsel gelöst, wie man gutes Graphenoxid sicher herstellen kann. Ihre Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Kohlenstoff.

Graphen wird aufgrund seiner Flexibilität, hohen mechanischen Festigkeit und Leitfähigkeit oft als Wundermaterial beschrieben. Aber alle Eigenschaften von Graphen werden durch Mängel beeinträchtigt. Aus Graphenoxid hergestelltes Graphen weist weitaus schlechtere mechanische Eigenschaften und Leitfähigkeit als erwartet auf.

Viele Studien haben gezeigt, dass die Synthese nach der am häufigsten verwendeten Methode, der Hummers-Methode, immer zu einer erheblichen Anzahl von Defekten führt. Die viel ältere Brodie-Methode liefert nahezu vollständig lochfreies Graphenoxid, allerdings wird diese Art von Graphenoxid noch immer von keinem Unternehmen hergestellt und ist nicht kommerziell erhältlich. „Es ist einfach zu gefährlich und für die industrielle Fertigung nicht geeignet“, sagt Alexandr Talyzin.

Jetzt haben die Forscher eine neue Methode gefunden, die die Säure aus der Hummers-Methode (H2SO4) und das Oxidationsmittel aus der Brodie-Methode (Kaliumchlorat) kombiniert und es ihnen ermöglicht, Graphenoxid mit einer Anzahl von Defekten herzustellen, die so klein sind wie die in Brodie. aber unter Verwendung eines so einfachen Syntheseverfahrens wie der Hummers-Oxidation.

„Diese Methode sollte nach Bartosz Gurzeda, einem Forscher in meiner Gruppe, benannt werden … als Gurzeda-Methode“, sagt Alexandr Talyzin.

Laut Talyzin gibt es viele Gründe zu der Annahme, dass die Gurzeda-Methode immer dann ebenso populär werden wird wie die Hummers-Methode, wenn fehlerfreies Graphenoxid benötigt wird. Diese Methode dient zur Herstellung von Graphen durch Entfernung von Sauerstoffgruppen oder zur Herstellung von Gasschutzbeschichtungen, semipermeablen Membranen, Sensoren und vielen anderen möglichen Anwendungen.

Im letzten Jahrzehnt ist auch großes Interesse an Anwendungen von Graphenoxid selbst entstanden. Schichtförmige Graphenoxidmaterialien werden intensiv für Membrananwendungen untersucht, mit dem Traum, Trinkwasser durch einfache Filtration von Salzen aus Meerwasser zu erzeugen oder semipermeable Schutzbeschichtungen zu schaffen, die Wasser passieren lassen und gleichzeitig gefährliche organische Schadstoffe wie Toluol fernhalten.

„Wir möchten, dass die Forschungsgesellschaft dieses neue Graphenoxid in ihren Anwendungen ausprobiert und den Unterschied erkennt. Graphenoxid ist kein einzelnes Material; es ist eine Familie von Materialien mit ziemlich unterschiedlichen Eigenschaften, die uns unendliche Möglichkeiten für neue Anwendungen bieten.“ sagt Talyzin.