Forskare från Umeå universitet i Sverige har hittat ett nytt sätt att syntetisera grafenoxid, som har betydligt färre defekter jämfört med material som tillverkats med den vanligaste metoden. Liknande bra grafenoxid kunde syntetiseras tidigare endast genom att använda en ganska farlig metod som involverade extremt giftig rykande salpetersyra.
Grafenoxid används ofta för att producera grafen genom att ta bort syre. Men om det finns hål i grafenoxid kommer det också att finnas hål efter att det har omvandlats till grafen. Därför är kvaliteten på grafenoxiden mycket viktig.
Alexandr Talyzin och hans forskargrupp har nu slagit pusslet om hur man säkert gör bra grafenoxid. Deras resultat publiceras i tidskriften Carbon.
Grafen beskrivs ofta som ett undermaterial tack vare dess flexibilitet, höga mekaniska styrka och konduktivitet. Men alla egenskaper hos grafen påverkas av defekter. Grafen framställt av grafenoxid har mycket sämre mekaniska egenskaper och ledningsförmåga än väntat.
Många studier har visat att syntes med den mest använda metoden, Hummers-metoden, alltid resulterar i ett betydande antal defekter. Den mycket äldre Brodie-metoden ger nästan helt hålfri grafenoxid, men denna typ av grafenoxid tillverkas fortfarande inte av några företag och är inte tillgänglig kommersiellt. "Det är helt enkelt för farligt och inte lämpligt för industriell tillverkning", säger Alexandr Talyzin.
Nu har forskarna hittat en ny metod som kombinerar syran från Hummers-metoden (H2 SO4 ) och oxidanten från Brodie-metoden (kaliumklorat), vilket gör att de kan producera grafenoxid med ett antal defekter som är lika små som de i Brodie, men med ett syntesförfarande så enkelt som Hummers oxidation.
"Denna metod borde vara uppkallad efter Bartosz Gurzeda, en forskare som arbetar i min grupp... som Gurzeda-metoden", säger Alexandr Talyzin.
Enligt Talyzin finns det många skäl att tro att Gurzeda-metoden kommer att bli lika populär som Hummers-metoden närhelst defektfri grafenoxid behövs. Den här metoden är till för att göra grafen genom att ta bort syregrupper eller för beredning av gasskyddsbeläggningar, semipermeabla membran, sensorer och många andra möjliga tillämpningar.
Under det senaste decenniet har ett stort intresse också uppstått för tillämpningar av grafenoxid i sig. Lager av grafenoxidmaterial studeras intensivt för membrantillämpningar med drömmen om att producera dricksvatten genom enkel filtrering av salter från havsvatten eller skapa semipermeabla skyddande beläggningar som tillåter vatten att passera samtidigt som de håller borta farliga organiska föroreningar, såsom toluen.
"Vi vill att forskningssällskapet ska testa denna nya grafenoxid i sina tillämpningar och se skillnaden. Grafenoxid är inte ett material, det är en familj av material med ganska olika egenskaper, vilket ger oss oändliga möjligheter till nya tillämpningar." säger Talyzin.
Mer information: Bartosz Gurzęda et al, Grafitoxid genom "kloratväg"-oxidation utan HNO3:Spelar syra någon roll?, Kol (2024). DOI:10.1016/j.carbon.2024.118899
Tillhandahålls av Umeå universitet
