(Phys.org) —Strukturen av grafitoxid expanderar överraskande när den kyls i metanol eller etanol. Också, grafitoxid absorberar selektivt metanol från vatten-metanolblandningar. Två nya studier av fysiker vid Umeå universitet i Sverige, publiceras i ACS Nano och J. Phys. Chem. C , respektive, ge kunskap om nya egenskaper hos oxiderad grafit och grafen.
Grafen är ett tvådimensionellt material som består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i en bikakestruktur. Grafen kan betraktas som ett unikt adsorberande material på grund av sin extremt stora yta. Ett gram grafen har en yta som är jämförbar med en fotbollsplan. Denna yta kan användas för adsorption av gaser och vätskor, i applikationer för gaslagring, utvinning av föroreningar från vatten, etc. Emellertid, grafenen är hydrofob, vilket innebär att dess yta stöter bort vatten.
Å andra sidan, oxidation av grafen resulterar i anmärkningsvärda förändringar i dess egenskaper. Grafenoxid är hydrofilt och det är också lättlösligt i vatten. Ett material som består av många staplade grafenoxidlager kallas grafitoxid. Den har många unika egenskaper:den absorberar vatten och alkoholer i stora mängder, liknar leror som sväller när vatten tillsätts.
En ny studie av Alexandr V. Talyzin och hans team avslöjar att grafitoxid kan införliva ännu mer metanol och etanol vid låga temperaturer jämfört med rumstemperatur. Dess struktur expanderar när den kyls i ett överskott av flytande lösningsmedel. Vid -130 grader Celsius separeras grafenoxidskikten med 20,4 Å på grund av införlivande av ytterligare etanol i dess struktur, jämfört med cirka 3,4 Å i naturlig grafit och cirka 6,5 Å i lösningsmedelsfri grafitoxid.
"Avståndet mellan grafenoxidskikten vid låga temperaturer är så stort att det blir ett kompositmaterial med grafenoxidskivor åtskilda av minst fyra monolager av metanol- eller etanolmolekyler. Vad som också är anmärkningsvärt är att detta fenomen bara är begränsat till en specifik typ av grafitoxid och observeras inte i en annan typ som studerats. många olika sorters grafitoxid är kända och nu börjar vi förstå hur enorma variationerna i deras egenskaper är. Det är inte bara ett material, det är en hel familj av material, " säger Alexandr V. Talyzin, forskare vid institutionen för fysik.
I en separat studie publicerad i J. Phys. Chem. C det visades att en viss typ av grafitoxid kan användas för selektiv absorption av metanol från vatten-metanolblandningar. Ett mycket enkelt prototypfiltreringsexperiment visade att när en flytande vatten-metanolblandning leds genom grafitoxidpulver, en del av metanolen absorberas i pulvret och lösningen som passerar innehåller mer rent vatten.
"I framtiden skulle vi vilja designa speciella membran sammansatta av grafenoxidlager, som kan användas för separation av olika lösningsmedel och rening av vatten. Dessa första resultat hjälper oss att förstå möjliga sätt att göra sådana membran, " säger Alexandr V. Talyzin.
Det första exemplet på framgångsrika lösningsmedelsseparationseffekter rapporterades förra året i en studie av R.R. Nair et al. från ett forskargrupp vid Manchester University, ledd av I.Grigorieva och Nobelpristagaren A. Geim, kända för sin forskning inom grafenområdet.
