Một số phƣơng pháp ch t o vật liệu graphen

12 
Quá trình khử các nhóm chức có chứa oxy trên bề mặt GO sẽ chuyển 
các lai hóa C – sp
3
thành lai hóa C – sp
2
. Sản phẩm của phản ứng khử này 
được gọi bằng một loạt các tên gọi khác nhau như: Graphen oxit bị khử, 
graphen oxit bị khử về mặt hóa học hay rGO. 
Các phương pháp khử GO về rGO đã được nghiên cứu rộng rãi trong 
thập kỷ qua. Quá trình khử hóa học GO đã được thực hiện với các tác nhân 
khử như: hydrazin monohydrat (N
2
H
4
.H
2
O), natri bohidrua (NaBH
4
), 
dimethyl hydrazin, axit 
hydriodic (HI), khí hidro ở nhiệt độ cao, ancol,… 
[17]. Mỗi tác nhân khử có hoạt tính với một nhóm chức nhất định và hiệu quả 
khử của các tác nhân là khác nhau. Ví dụ đối với tác nhân khử là Na - NH
3
khử trong 30 phút thu được rGO có tỷ lệ nguyên tử C:O khoảng 16,61:1, 
trong khi 
đó với tác nhân khử là hydrazin có hoạt tính khử mạnh với nhóm 
epoxy và cacboxylic trong điều kiện khử 80 - 100
0
C, tỉ lệ nguyên tử C:O 
khoảng 10,3:1. Cơ chế khử của hydrazin được minh họa ở hình 1.4 [18] . 
 
Hình 1.4: Sơ ồ huyển hó từ gr phit thành rGO [19]. 
Theo hình 1.4 cho thấy hydrazin dễ dàng phản ứng với các nhóm chức 
epoxy trên bề mặt của GO hình thành nên hydrazin alcohol, các nhóm này 
không bền sẽ chuyển hóa nhanh thành aminoaziridine, sau đó các nhóm 
aminoaziridine này được loại bỏ ở nhiệt độ khoảng 80 - 100
0
C để hình thành 

13 
nên liên kết đôi, nhằm khôi phục lại mạng lưới của rGO tại vị trí đó. 
Tác nhân khử là NaBH
4
cho thấy hiệu quả hơn so với hydrazin, nó hiệu 
quả cao với nhóm C=O, hiệu quả thấp với nhóm epoxy và cacboxylic, nhiệt 
độ khử khoảng 80
0
C, tỉ lệ nguyên tử C:O khoảng 13,4:1 cao hơn so với 
hydrazin C:O khoảng 6,2:1 [19]. Axit HI được sử dụng như một chất khử 
mạnh trong môi trường axit [17], ion I- có hoạt tính mạnh với nhóm epoxy và 
hydroxyl trên GO, đây là hai nhóm chức chiếm tỷ lệ lớn trong GO, sử dụng 
khoảng 55% axit HI khử GO về rGO sẽ cho hiệu quả cao, phân tích phổ XPS 
cho tỉ lệ nguyên tử C:O khoảng 12,0:1. Tuy nhiên, các phương pháp khử hóa 
học trên cho thấy một số nhược điểm như: tạo ra chất thải độc hại và có hại 
cho môi trường (hơi hydrazin là chất rất độc). Do đó, việc tìm ra các chất khử 
hiệu quả cao và thân thiện môi trường là cần thiết để thay thế các phương 
pháp khử GO truyền thống. Gần đây tác nhân khử thân thiện môi trường, 
ch ng hạn như vitamin C, bột nhôm, khử đường, axit amin, Na
2
CO
3
... đã 
được nghiên cứu sử dụng để khử GO về rGO [16].
1 3 2 S h nhi t 
Khử hóa học là phương pháp phổ biến nhất để khử GO, thay vì sử dụng 
một chất khử hóa học để loại các nhóm chức chứa oxi từ bề mặt GO thì sự 
khử nhiệt sử dụng nhiệt để khử graphit oxit hoặc GO trong lò nung (môi 
trường chân không cao hoặc trong môi trường khí trơ về mặt hóa học như: Ar, 
H
2
, N
2
,…). Bên cạnh quá trình khử còn có quá trình bóc lớp, quá trình bóc lớp 
xảy ra là do các khí CO, CO
2
, hơi H
2
O và các phân tử hidro nhỏ được tạo ra 
bằng cách nung nóng graphit oxit, GO ở nhiệt độ cao, tạo ra áp lực rất lớn 
trong các lớp xếp chồng lên nhau (40 MPa tại nhiệt độ 300
0
C, 130 MPa khi 
nhiệt độ đạt 1000
0
C) khi áp suất đủ lớn sẽ tách các lớp GO ra xa [19]. Đánh 
giá của hằng số Hamaker dự đoán rằng áp suất chỉ 2,5 MPa là cần thiết để 
tách hai tấm GO xếp chồng lên nhau [19]. Ngoài ra, CO cũng đóng vai trò là 
các tác nhân khử đi các nhóm chức trên bề mặt GO [20]. 
Một vài lớp rGO đã thu được bằng việc khử nhiệt GO trong môi trường 
khí nitơ trong khoảng nhiệt độ từ 200-1000
0
C [21]. rGO được tổng hợp ở 
800
0
C có chất lượng cao hơn so với ở nhiệt độ khác, rGO này có diện tích bề 
mặt riêng lớn (560,6 m
2
/g) và cấu trúc nano-xốp. Loại bỏ oxi trong quá trình 
khử GO cũng phụ thuộc vào môi trường khí sử dụng (chân không, Ar, N
2

14 
hoặc H
2
), tốc độ gia nhiệt và động học như đã trình bày trong tài liệu [21]. Cơ 
chế của quá trình khử nhiệt được chỉ ra ở hình 1.5. 

tải về 2.35 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: