Grafen oksit temel olarak grafenden indirgenen ve sensörler, süper kapasitörler, nanokompozitler ve nanoelektronik alanlarında çok sayıda uygulamaya sahip oldukça iletken bir malzeme olarak kabul edilen elektriksel olarak yalıtkan bir malzemedir.
İndirgenmiş grafen oksidi sentezlemek için birçok yöntem vardır. Grafen oksit tabakaları, bazal düzlemlerin yanı sıra girişte epoksitler, karbonil, karboksil ve hidroksil gibi ajanların oksitlenmesinde görev yapan çok sayıda fonksiyonel grup içerir. Bu fonksiyonel gruplar, yüksek nitelikli ve indirgenmiş grafen oksit tabakaları oluşturmak için uygun indirgeyici ajanların varlığında azaltılır.
Giriş
Bu yöntemde, grafenin sentezi için hammadde olarak doğal grafit pulları kullanılır. Başlangıç olarak, pul grafit, grafit oksit elde etmek için güçlü fiziksel koşullar altında oksitleyici ajanlara maruz bırakılır. Bir sonraki adımda, katmanlı grafit oksit, sonunda indirgenmiş grafen oksit elde etmek için ultrasonikasyon yoluyla tek tek tabakalara kolay bir pul pul dökülmesine neden olan geniş bir ara katman mesafesini benimsemek üzere oksijenle süslenir. Son adım, sonunda ince bir indirgenmiş grafen oksit tozu elde etmek için bir indirgeyici madde kullanılarak pul pul dökülmüş grafen oksit tabakalarının kademeli olarak azaltılmasını içerir. Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi, taramalı tünelleme mikroskopisi ve x-ışını kırınımı gibi karakterizasyon teknikleri, indirgenmiş grafen oksidin sentezini onaylamak için kullanılır.1
Grafen Oksit Nedir?
Grafen oksit, her ikisi de aynı altıgen karbon kafese sahip olduğu için grafenin kendisine en çok benzer. Bununla birlikte, grafen oksit tabakası genellikle oksijen gruplarına bağlandığı yerde bozulur. Aslında, grafen oksit, şeffaf iletken, inorganik fotovoltaik hücreler ve Lityum iyon pillerdeki bir elektrot için potansiyel malzemeler de dahil olmak üzere artan uygulamalarla yıllar içinde grafenin endüstriyel üretimi için bir numaralı kaynak olarak kabul edilmektedir. Bu noktaya kadar literatürde grafen oksit yapısının temel tayini için birçok tartışmayla birlikte çeşitli teorik modeller önerilmiştir. Grafen oksidin yapısındaki tüm tartışmaların temel nedenleri, iki farklı sentez yönteminin örneklemden örneğe değişkenliği, amorfizasyon miktarı, oksidasyon derecesi, grafen oksidin stokiyometrik olmayan doğası ve kullanılan karakterizasyon tekniklerindeki sınırlı çözünürlüktür. Kapsamlı bir yapısal tanım önermedeki tüm çabalara ve başarısızlıklara rağmen, grafenin kesin tayini, grafen sentezi ve üretiminde umut verici sonuçlara yol açan indirgeme ve işlevselleştirme anlayışını önemli ölçüde geliştirebileceğinden, hala incelenmeye değerdir.2
Daha fazla bilgi edinmek için grafen oksit dispersiyonlarının özelliklerini buradan okuyabilirsiniz.
Grafen Oksit Elde Etmek için İndirgeyici Maddeler
Kimyada indirgeyici ajanlar olarak çok sayıda ajan tanıtıldı. İlk iyi bilinen indirgeyici ajan, hidrojen disülfit (H2S), ilk olarak 1930’larda önerildi ve bunu, grafen oksit indirgeme işleminde ajan olarak kullanılabilecek kadar nitelikli çok sayıda indirgeyici izledi. Spesifik olarak, grafen oksitten grafen üretimi için en yaygın indirgeyici maddeler NaBH4, HI3, hidrokinon, dimetil hidrazin, hidrazin hidrat, Zn ve Fe tozlarını içerir. Tüm yaygın indirgeyici ajanlar arasında hidrazin, aşağıdakilere yol açma açısından en iyi indirgeyici olduğu ortaya çıkmıştır bozulmamış grafeni temsil etmek için mükemmel yapısal elektriksel özelliklere sahip indirgenmiş grafen oksit. Bununla birlikte, hidrazinin canlı organizmalara yönelik çevresel tehditleri, araştırmacıları onu olduğu kadar nitelikli diğer indirgeyici ajanlarla değiştirmeye teşvik etmiştir 3. İndirgenmiş grafen oksit, çoğunlukla daha önce bahsedilen farklı oksijen içeren fonksiyonel gruplara (hidroksil, karboksil ve epoksi grupları) sahip grafen oksit kaynağı nedeniyle farklı fizikokimyasal özelliklere sahip bir dizi malzemeyi temsil eder. Grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksidin farklı uygulamaları ve yönleri hakkında birkaç rapor olmasına rağmen, aynı grafen oksitten farklı oksijen seviyelerine sahip indirgenmiş grafen oksit ile ilgili kimyasal ve fiziksel özellik varyasyonlarının kapsamlı bir çalışmasına duyulan ihtiyaç gerekli görünmektedir. 4
Grafen Oksit Azaltma Teknikleri
İndirgenmiş grafen oksidin tüm özelliklerini bulmak için, aynı grafen oksidin farklı oksijen içeren fonksiyonel gruplarla ve bunlara karşılık gelen kolloidal ve kimyasal davranışlarıyla kademeli olarak indirgenmesinin gerçekleştirilmesinde fayda vardır. Bunu yaparken, yapısında %49 oksijen bulunan bir grade grafen oksit, %31, 19 ve %9 oksijen içeren indirgenmiş grafen oksit elde etmek için indirgenir. İndirgenmiş grafen oksit indirgeme seviyesinin sulu dağılabilirliğini değiştirmesi beklenir. Kimyasal davranışına ek olarak ekolojik sonuçlara da yol açabilir. Kademeli tekniğe dayalı indirgenmiş grafen oksit elde etmek için, 15 mL su içinde dağılmış 200 mg grafen oksit içeren çözeltiye çeşitli miktarlarda çinkonun eklendiği ve homojen bir çözelti elde etmek için 10 dakika boyunca sonike edildiği bir yöntem benimsenmiştir. Bir sonraki adım, hidroklorik asit, çözeltinin pH’ı 2 olana kadardır. 4
By using sodium borohydride (NaBH4) as the reducing agent, the reduced graphene oxide with desirable electrical conductivity could be obtained. The reduction of graphene oxide in this method is processed in a large scale in a solution containing 300 mM aqueous solution of sodium borohydride at 80 °C within a period of 10 minutes yielding a product with the conductivity increased as many as five times compared to that of previous methods. During the course of 1400 minutes of the reaction, a decline in the reduction is observed resulting in reduced graphene oxide’s conductivity by 1500 s/m. A remarkable increase in the conductivity is recorded during the first 8 to 12 minutes of the reaction mostly because of the reduction of hydroxyl or epoxy groups proving the functional group attack of sodium borohydride on the hydroxyl group rather than others 5. Recently, green reduction methods have been adopted for the reduction of graphene oxide to yield graphene in order to avoid the environmental hazards of conventional reducing agents. Ascorbic acid is known as the first environmentally friendly reducing agent mostly recognized as the best alternative to replace the toxic hydrazine. Besides ascorbic acid, several alternatives which fit the standards of green chemistry have been introduced including plant extracts, microorganisms, sugars, organic acids, antioxidants, proteins, and amino acids. Although these reducing reagents are green, they could still have some limitations with some of them needing a supporting agent the process a desirable reduction. Ascorbic acid has called huge attention to the reduction of graphene oxide purposes. 3
Conclusion
Grafen oksit, kimyasal peeling ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemlerine dayanan grafenin endüstriyel üretimi için bir öncü olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. İnce tabakası ile grafen oksit, çok sayıda oksijenli fonksiyonel grubun varlığı ve birleşmenin fizibilitesine neden olan kusurlar nedeniyle bir yalıtkan gibi davranır. Grafen oksidin hidrofilik yapısı göz önüne alındığında, sulu çözeltilerde kolayca dağılabilir. Aslında, grafen türevlerinin kovalent işlevselleştirmesi, özellikle fonksiyonel grupların grafen oksit ve onu oluşturan yüzeyi üzerindeki reaksiyonuna dayanır ve grafen teyze nano metal oksit kompozitlerinin omurgası için polimerlerle kombinasyon halinde grafen oksit ile ilgili araştırmalar için çekici bir ajandır.biyo trivia mantıksal sistemler ve elektriksel geliştirme için iletken polimer.