Khảo sát diện t ch ề mặt riêng c a vật liệu graphen o it

48 
3.3. KẾT QUẢ ẢNH CHỤP HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT PHÂN GIẢI CAO 
(FE – SEM). 
Hình 3.4: H nh thái họ t m graphit 
Hình 3.5: Ảnh FE- SEM về h nh thái vật i u EGO 

49 
Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét phân giải cao của graphen 
oxit được trình bày ở hình 3.4.
Ban đầu, graphit có cấu trúc dạng lớp dày dạng khối và chưa thể thấy 
được sự phân lớp. Sau khi phản ứng bóc tách bởi phản ứng điện hóa, đặc 
điểm hình thái học của graphit thay đổi rõ rệt, chuyển từ dạng lớp khối dày 
sang hình dạng màng mỏng tạo thành lớp rõ rệt, ở giữa có nhiều khoảng 
trống, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hấp phụ. Điều này được 
cho là việc thêm các nhóm chức bề mặt ở trên cấu trúc graphit dẫn đễn sự dãn 
nở và tách thành các lớp. 
3.4. KẾT QUẢ PHỔ TÁN XẠ RAMAN 
Phổ tán xạ Raman được biết đến như là một công cụ hữu ích để đánh 
giá độ dày và đặc trưng cấu trúc tinh thể của vật liệu GO. Để kh ng định thêm 
về hình thái cấu trúc của GO, chúng tôi sử dụng phép đo Raman. Kết quả 
được thể hiện trên hình 3.5 và 3.6 có thể dễ dàng thấy rằng phổ Raman của 
vật liệu graphit thường có 3 đỉnh đặc trưng như đỉnh D, đỉnh G và đỉnh 2D. 
Trong đó, đỉnh D với cường độ tại xung quanh 1348 cm
-1
(liên hệ với các 
khuyết tật của mạng tinh thể). Đỉnh G với cường độ mạnh (đỉnh đặc trưng của 
của mạng tinh thể của graphit) tại 1572 cm
-1
và đỉnh 2D với cường độ tại 
2711 cm
-1
có nguồn gốc từ quá trình tán xạ Raman cộng hưởng kép, biểu thị 
cho sự phân tán của các electron và photon trong mạng [51,52].
Khi quan sát vật liệu graphit ban đầu, sự bất đối xứng của đỉnh 2D sẽ 
chuyển thành đối xứng đi kèm sự dịch đỉnh khi graphit được chuyển từ dạng 
khối sang dạng lớp ứng với graphen. Kết quả phổ Raman cho thấy, sau khi 
phản ứng điện hóa, cường độ các đỉnh G, D và 2D đều thay đổi giảm cường 
độ rõ rệt, đặc biệt hình dạng đỉnh 2D của vật liệu graphit ban đầu chuyển từ 
hình dạng bất đối xứng sang dạng đối xứng đi kèm với sự dịch đỉnh từ số 
sóng cao 2711cm
-1
tới số sóng thấp hơn tại 2700 cm
-1
. Kết quả này kh ng 
định graphit đã được bóc tách chuyển từ dạng khối sang dạng lớp.
Từ kết quả phân tich phổ Raman của graphen oxit cho thấy đỉnh D 
xuất hiện khá nhọn và rõ ràng, đỉnh G vẫn còn xuất hiện nhưng yếu hơn h n 
so với đỉnh D và đỉnh 2D tuy vẫn xuât hiện nhưng cường độ rất yếu điều này 
được cho là việc oxi hóa gắn các nhóm chức phân cực trên bề mặt GO từ các 

50 
liên kết π ban đầu trong mạng lưới graphit làm tăng số lượng liên kết C-sp
3
so 
với liên kết C- sp
2
. Từ số liệu thực nghiệm, tỉ lệ cường độ tương đối của đỉnh 
D với đỉnh G là I
D
/I
G
= 1,08. Kết quả này kh ng định rằng các tấm graphit đã 
được bóc tách và oxi hóa thành graphen oxit. Kết quả phổ Raman cho thấy 
GO đã được chế tạo thành công. Chú là đặc trưng hình thái học bề mặt và 
cấu trúc vật liệu GO được tạo ra khá ổn định khi thay đổi điều kiện phản ứng. 
Hình 3.6: Phổ R m n vật i u gr phit 

51 
Hình 3.7: Phổ R m n GO 
3.5. KẾT QUẢ NHIỄU XẠ TIA X (XRD). 
Hình 3.7 là giản đồ nhiễu xạ tia Rơnghen của graphit và graphen oxit 
tương ứng sau quá trình điện hóa. Kết quả cho thấy mẫu graphit nguyên liệu 
có đỉnh nhiễu xạ với cường độ mạnh tại 2θ = 26,6
0
được gán cho các đỉnh 
đặc trưng của mặt ph ng mạng (002) trong graphit, tương ứng với khoảng 
cách d002 = 0,34 nm giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể graphit. Cũng từ 
giản đồ XRD cho thấy đường nền của nguyên liệu ít nhiễu và sát gần trục tọa 
độ chứng tỏ độ tinh khiết lớn. Vì vậy, trong luận văn này chúng tôi tiến hành 
tổng hợp graphen oxit từ vật liệu graphit có độ tinh khiết (99%). Tấm graphit 
là nguyên liệu thô l tưởng cho việc sản xuất tấm GO liên tục theo phương 
pháp điện hóa với các tính chất tuyệt vời của graphit như độ bền kéo cao ( 4-5 
MPa), độ đãn nhiệt tốt, và khả năng mở rộng tốt hơn khi mở rộng thể tích. Bột 
graphit không thể được sử dụng trực tiếp trong phương pháp điện hóa vì kích 
thước rất nhỏ và phải được chế tạo thành điện cực v mô để đảm bảo cung cấp 

52 
điện áp. Các thanh graphit cũng không phù hợp vì chúng dễ dàng bị vỡ thành 
các mảnh nhỏ ngay cả sau khi xen kẽ thời gian ngắn và không thể sử dụng để 
tiếp tục quá trình oxi hóa. 
Sau khi phản ứng điện hóa đỉnh đặc trưng tại 2θ = 26,6
0
hầu như 
không còn mà biến mất hoàn toàn và thay vào đó là sự xuất hiện đỉnh nhiễu 
xạ mới tại 2θ = 10,8
0
tương ứng với mặt ph ng mạng d001 = 0,81 nm của 
đỉnh đặc trưng mặt ph ng mạng (001) đặc trưng cho vật liệu GO. Điều này 
chứng tỏ các nhóm chức chứa oxi đã được hình thành chèn vào khoảng 
không gian giữa các lớp graphit, làm cho khoảng cách lớp tăng lên. Hơn nữa, 
bán độ rộng phổ của graphen oxit (2,30 nm) lớn hơn so với graphit (0,60 nm). 
Sự dịch chuyển của đỉnh đặc trưng từ (2θ = 26,6
0
, d002 = 0,34 nm) tới (2θ = 
10.8
0
, d001 = 0,81 nm) và việc mở rộng bán độ rộng của graphen oxit so với 
graphit xác nhận việc đã chế tạo thành công graphen oxit từ graphit trong 
nghiên cứu này. Như vậy có thể thấy rằng graphen oxit tổng hợp thành công 
từ graphit. Điều này được giải thích là do khi tổng hợp grapen oxit theo 
phương pháp điện hóa thì bước đầu tiên H
2
SO
4
đan xen vào giữa các lớp 
graphit tạo thành hỗn hợp H
2
SO
4
– Graphit hình thành nên hợp chất trung 
gian GICP có công thức C
(21-28)
+.3HSO
4
-.2,5H
2
SO
4
. Giai đoạn II sử dụng 
dung dịch điện hóa H
2
SO
4 
50% có tác dụng oxi hóa mép ngoài và gắn các 
nhóm chức chứa oxi trên bề mặt của graphit tạo thành graphit oxit. Cuối cùng 
H
2
O tác dụng với graphit oxit tạo thành các tấm graphen oxit. Sự đan xen các 
nhóm chức chứa oxy trong cấu trúc graphit làm gia tăng khoảng cách giữa các 
lớp do vậy pic 26,6
0
C mất đi và thay vào đó là sự hình thành pic 11
0
C tương 
ứng với khoảng các lớp d = 0,81 nm. 

53 
3.6. KẾT QUẢ PHỔ HỒNG NGOẠI CHUYỂN DỊCH FOURIER (FTIR). 
Kết quả của phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier được trình bày trong 
hình 3.8.
Hình 3.8: Giản ồ XRD gr phit và gr ph n oxit 
 

54 
Hình 3.9: Phổ hồng ngo i huyển dị h Fouri r gr ph n oxit 
Quan sát phổ FTIR của EGO cho thấy có sự tồn tại của liên kết C– O 
các pictrong khoảng 1200-1250 cm
-1
[53]. Các pic nằm trong khoảng 1500 -
1600 cm
-1
đặc trưng cho sự tồn tại của liên kết C=C trong các hợp chất
aromatic [54,55], pic nằm trong khoảng từ 3400-3850 cm
-1
đặc trưng cho sự 
có mặt của nhóm –OH [50,51] tuy nhiên sau quá trình điện hóa các pic có sự 
dịch cuyển nh 3150- 3500 cm
-1
vẫn đặc trưng cho sự có mặt của nhóm -OH. 
Ngoài ra, sự biến mất của đỉnh khoảng 1724,13 cm
-1
đặc trưng cho nhóm 
cacbonyl C=O, có thể được cho là do các nhóm andehit, axit hoặc xeton xuất 
hiện trên bề mặt GO.
Một điều đặc biệt có thể nhận thấy khi quan sát FTIR của vật liệu GO 
đều nhận thấy sự xuất hiện của một pic rất lớn tại khoảng 2085,16 cm
-1
, pic 
này đặc trưng cho liên kết giữa GO và CO
2
. Giải thích cho điều này là do GO 
dễ dàng hình thành liên kết với CO
2
liên kết này bị phá vỡ khi quá trình sấy 
loại nước trên GO diễn ra ở chân không do vậy CO
2
vẫn còn hình thành liên 
kết với GO. Khi đo FTIR nếu quá trình xử l mẫu không có quá trình loại bỏ 
CO
2
(degas) thì liên kết này vẫn hình thành và xuất hiện trên phổ FTIR.

55 

tải về 2.35 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: