(PhysOrg.com) -- Grafenoxid har fått en hel del forskare att falla på det eftersom det behåller mycket av egenskaperna hos det högt värderade supermaterialet ren grafen, men det är mycket lättare, och billigare, att göra i bulkmängder; lättare att bearbeta; och dess betydande syrehalt verkar göra det lösligt i vatten. Men ny University of Warwick forskning har funnit att det sista antagandet är felaktigt och tyvärr kommer grafenoxidens löslighet bokstavligen ut i tvätten.
Drs Rourke och Wilsons team gjorde sin upptäckt när de behandlade grafenoxiden med natriumhydroxid (NaOH) i ett försök att öka användbarheten av de syreinnehållande funktionella grupperna som tros vara bundna till grafenen. Tyvärr verkade det göra saker värre snarare än bättre. Vid tillräckligt höga koncentrationer av NaOH lämnades Dr Rourke med en svart suspension.
De Warwick-ledda forskarna erinrade om att det hade visat sig att oxidationsskräp fäster vid kolnanorör men den svaga karaktären av anslutningen av detta oxidationsskräp till kolnanorören innebar att en tvättning med en bas helt enkelt kan ta bort det oxidativa skräpet. Experiment visade att i det specifika fallet befanns oxidativt skräp utgöra nästan en fjärdedel av massan av de "oxiderade kolnanorören". Forskarna kände att en liknande process kanske inträffade i grafenoxiden som de studerade.
Resultaten kan också hjälpa till att förklara de orimligt höga nivåerna av syre som människor påstod sig hitta i grafenoxid. Kemister kämpade redan för att identifiera tillräckligt med rimliga bindningar mellan kol och syre för att rymma de mängder syre som tros utgöra en del av grafenoxid.
Vid centrifugering av den svarta vätskan lämnades Warwick-teamet med en hög med svartkrut som visade sig vara grafenoxid som en gång kan ha varit löslig före appliceringen av basen men som vägrade visa några signifikanta tecken på att vara lättlöslig igen i sin nuvarande tillstånd. Det svarta materialet visade sig vara mycket likt grafen själv; det visade sig särskilt bestå av mycket stora ark av elektriskt ledande kolatomer, till skillnad från den isolerande "grafenoxiden".
Den återstående vätskan torkades också för att ge ett vitt pulver som Warwick-forskarna visade innehöll "oxidativt skräp" eller OD; OD visade sig uteslutande bestå av små, lågmolekylära föreningar (dvs mindre än 100 atomer)
Grafenoxiden som utvanns från tvättprocessen utgjorde cirka 64 % av massan av "grafenoxiden" i början av processen. Det återvunna OD eller oxidativt skräp utgjorde minst 30 % av vikten av massan av den ursprungliga "grafenoxiden".
Drs Rourke och Wilsons team tror att detta visar att mycket av syret som troddes vara tätt bundet till kolet i grafenoxiden faktiskt inte var bundet alls utan bara låg ovanpå grafembladen, löst kopplade till dem som "oxidativt skräp". Detta oxidativa skräp innehöll en stor mängd syre som helt enkelt kom ut i tvätten när grafenoxiden behandlades med natriumhydroxid.
Detta skapar ett betydande problem för forskare som är beroende av en lättlöslig form av grafenoxid, eftersom den löslighetsnivå som hittills hittats var direkt beroende av de höga kvantiteter syre som tros vara bundet till kolet i grafenoxiden. Om mycket av det syret så lätt faller bort, så kommer nivåerna av löslighet.
Drs Rourke och Wilson säger "Våra resultat tyder på att modeller för strukturen av grafenoxid behöver ses över. Dessa resultat har viktiga implikationer för syntesen och tillämpningen av kemiskt modifierad grafen, särskilt där direkt kovalent funktionalisering av grafengittret krävs."
