Bộ giáo dục và ĐÀo tạo viện hàn lâm khoa học và CÔng nghệ việt nam
Một số phƣơng pháp ch t o vật liệu graphen o it
tải về 2.35 Mb. Chế độ xem pdf
|
tailieuxanh nghien cuu che tao tinh chat dien hoa va dinh huong ung dung cua lop ma dien hoa niken tren nen cac chat dan dien khac nhau 1994
| Một số phƣơng pháp ch t o vật liệu graphen o it
Graphen oxit là sản phẩm của quá trình trình oxy hóa graphit. Nghiên cứu đầu tiên về graphit oxit được thực hiện cách đây hơn 150 năm [33], cho thấy có thể sản xuất vật liệu này trên cơ sở graphit với giá thành tương đối thấp.Vào năm 2004, khi xuất hiện graphen theo quan điểm hóa học thì dường như không có nhiều sự phân biệt giữa hai khái niệm này, tuy nhiên, hiểu chính xác hơn thì graphen oxit chính là một đơn lớp của graphit oxit (cũng tương tự như graphen là đơn lớp của graphit). Graphen oxit với tính chất cơ bản giống như graphen nên đã được nhiều nhóm nghiên cứu về tính chất của vật liệu này. 1 2 3 1 h t o gr ph n oxit s dụng á h t oxi hó và á xit m nh GO được tổng hợp bằng ba phương pháp chính đó là Brodie (1859) [33], Staudenmaier (1899) [38] và Hummers và Offeman (1958) [39]. 28 Hình 1.16: á phương pháp tổng hợp GO 1 2 3 1 1 Phương pháp Brodi Trong phương pháp Brodie GO thu được bằng cách sử dụng kết hợp cả NaClO 3 và HNO 3 để oxi hóa graphit. Với phương pháp Brodie bằng cách sử dụng phương pháp phân tích nguyên tố, phân tử của sản phẩm cuối có công thức C 11 H 4 O 5 [37,40]. Sản phẩm này có tính axít nh và có khả năng phân tán trong môi trường kiềm, song lại có kích thước nhỏ, hạn chế độ dày và cấu trúc không hoàn hảo. Mặt khác phương pháp này rất nguy hiểm vì NaClO 3 là chất dễ gây kích nổ và sản phẩm khí ClO 2 được tạo thành có nguy cơ cháy nổ cao. 1 2 3 1 2 Phương pháp St ud nm i r Trong phương pháp Staudenmaier đã có sự thay đổi so với phương pháp Brodie GO thu được bằng cách sử dụng kết hợp KClO 3 , NaClO 3 trong H 2 SO 4 và HNO 3 để tăng mức độ oxi hóa của GO. Tuy nhiên phương pháp này lại gặp phải các nhược điểm là tốn thời gian và nguy hiểm vì KClO 3 là chất dễ gây kích nổ và sản phẩm khí ClO 2 được tạo thành có nguy cơ cháy nổ cao như phương pháp Brodie. Mặt khác, quy trình tổng hợp đòi hỏi điều kiện chế tạo phải kiểm soát nghiêm ngặt và xử lý chất thải sau khi chế tạo phức tạp. 29 Phương pháp tổng hợp trên phụ thuộc vào phản ứng của graphit với các chất oxy hóa hỗn hợp mạnh, chịu rủi ro nổ, ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và thời gian phản ứng kéo dài tới hàng trăm giờ. 1 2 3 1 3 Phương pháp Humm s Phương pháp Hummes được phát triển từ những năm 1958. Phương pháp Hummers sử dụng hỗn hợp H 2 SO 4 , NaNO 3 và KMnO 4 giúp cho sản phẩm GO có mức độ oxy hóa cao hơn các sản phẩm được tổng hợp bằng các phương pháp trước đó [2]. Mặc dù KMnO 4 là một chất oxy hóa được sử dụng, nhưng thực tế thì tác nhân Mn 2 O 7 mới là tác nhân chính tham gia quá trình oxy hóa graphit thành GO theo phản ứng sau: KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → K + + MnO 3 + + H 3 O + + 3HSO 4 - MnO 3 + + MnO 4 - → Mn 2 O 7 Mn 2 O 7 là chất oxy hóa hoạt động, tuy nhiên Mn 2 O 7 bị kích nổ khi đun nóng đến nhiệt độ trên 55 0 C hoặc khi tiếp xúc với hợp chất hữu cơ. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ trong phản ứng là rất quan trọng, đặc biệt là ở quy mô công nghiệp. Trong ba phương pháp trên thì phương pháp Hummers là phương pháp phổ biến hơn cả. Trong những năm qua, phương pháp Hummers đã được cải tiến nhiều nhằm loại bỏ việc sử dụng NaNO 3 do đó ngăn ngừa tạo ra khí độc hại trong quá trình tổng hợp, các phương pháp này được gọi là phương pháp Hummers cải tiến (Modified Hummers). |