Оксид графита (graphite oxide {Прим. ред.: используется и graphene oxide}, GO, ОГ) – это твердое вещество {Прим. ред.: обычно все же его можно увидеть в виде пленок, суспензий и пр.}, в состав которого входят ароматические углеродные кольца и кислородсодержащие функциональные группы. ОГ известен уже более 100 лет. Впервые оксид графита был получен в середине 19 века английским химиком Бенждамином Броди в результате реакции графита с хлоратом калия KClO3 и азотной кислотой HNO3. В 1957 году был предложен другой метод получения, который заключается в окислении графита в смеси концентрированных серной кислоты H2SO4, нитрата натрия NaNO3 и перманганата калия KMnO4.
Подобно графиту, ОГ имеет слоистую структуру. Углеродные слои деформированы за счет перехода атомов углерода из sp2 в sp3–гибридизованное состояние. Толщина его в среднем составляет 1 нм, что больше, чем у обычного графена и объясняется наличием функциональных групп, главным образом гидроксильных и карбоксильных, в состав которых входят атомы кислорода (рисунок 1). ОГ обладает способностью связывать ионы некоторых металлов из растворов, так же как и взаимодействовать с органическими и неорганическими соединениями. В результате можно получить пористые углеродные материалы, содержащие частицы металлов Pt, Pd, FexOy и др. ОГ имеет большое число дефектов топологической структуры и разрывов (рисунок 2).
Люминесценция ОГ приходится на красную и синюю область спектра (рисунки 5,6). Для улучшения люминесценции ОГ можно подвергнуть воздействию гидразина N2H4. При уменьшении размеров {Прим. ред.: если считать, что речь идет об оксиде графита, а не об "оксиде графена", то речь может идти, наверное, о слойности, или все же о размере самих чешуек} ОГ происходит рост пика излучения в синей области и гашение излучения в красном диапазоне спектра. На рисунке 7 показана люминесценция частиц ОГ в водном растворе. Отсюда следует, что величина локальной ширины запрещенной зоны в ОГ зависит от его размера (рисунок 7). Люминесценция в синем диапазоне может возникнуть при размерах кластера в 1 нм, что соответствует 20-ти углеродным кольцам в кластере. Меньшие домены станут источником излучения в красной области с размерами более 2 нм. Однако стоит подчеркнуть, что такой анализ не учитывает влияния других факторов, например, наличия sp3 гибридизированной матрицы, формы кластеров, их топологии.
Поскольку ОГ растворим в воде и не нуждается в предварительном измельчении или модификации, его можно использовать для доставки нерастворимых в воде лекарств. Поверхность высокодисперсного окисленного графита близка по составу и строению к ОГ (*). В свете этого ОГ может служить удобной моделью для разработки методов химического модифицирования поверхности окисленного графита. Этому способствует высокая концентрация функциональных групп в ОГ.
Интересен один из способов получения графена из оксида графита, о котором рассказали химики из Северо-Западного университета в Эванстоне. Для этого они использовали оксид графита освещаемый вспышкой. Новый способ предлагает нагреть и восстановить графен с помощью «нановзрыва» вспышки длительностью всего несколько микросекунд. Тонкая прозрачная коричневатая пленка оксида графита темнеет и расширяется. Получается пористая «пушистая» структура, состоящая из чешуек графена. Облучать оксид графита можно и сквозь маску, получая таким образом необходимую конфигурацию.
Ученые из Пекинского химико-технологического университета предложили способ создания полых сфер из оксида графита (рисунок 8). Для начала они подвергли графит окислению, затем отшелушивающиеся частички уже оксида графита поместили в водный раствор аммиака. Эту смесь залили в горячее оливковое масло и хорошенько взболтали. Как указывается в описании статьи, далее фазы в полученной эмульсии разделяются, причем масляная фаза содержит сферы оксида графита. Исследователями были получены сферы диаметром 2-10 мкм, с толщиной стенок 1 мкм. Правильность формы полученных сфер зависит от длительности окисления. Разумееется, чем больше это время, тем однороднее получаются сферы. Кроме того, посвечивающая электронная микроскопия показала наличие круглых отверстий диаметром около 1 мкм на всей поверхности сферы. По мнению ученых, это можно использовать в литиевых батареях: пустоты в сферах позволят расширить объем для "хранения" ионов лития, а их мобильность обеспечат те самые отверстия, разбросанные по площади поверхности сфер. Помимо этого, среди применений сфер оксида графита можно назвать суперконденсаторы, "емкости" для катализаторов и лекарственных препаратов. В настоящее время изучаются параметры полученных сфер, возможные методы контроля их толщины и диаметра.
Список использованных источников
-
О.В. Синицына, Г.Б. Мешков, И.В. Яминский Зондовая микроскопия и нанолитография углеродных материалов, - М., Центр перспективных технологий, 2010
-
Статья Graphene oxide: Hollow spheres на сайте NPG Asia Materials
-
В.С.Таланов, Г.Г. Таланова К.Б.Яцимирский Новые серосодержащие производные оксида графита для связывания ионов серебра, - К.:Теоретическая и экспериментальная химия, 1996, Т.32, №4, С.251-254
(*) Мележик А.В., Таланов В.С, Макарова Л.В. и др.// Химия твердого топлива, 1991, №5, С.13-15
По определению, с коими много всегда путанницы.
Победителей, как известно не судят, и микросферы они всё-таки получили. Только горячий аммиак очень быстро реагирует с жирами, образуя амиды, в данном случае типичные ПАВ-ы, которые и стабилизируют обратную эмульсию. И, видимо, вызывают агрегацию ОГ в сферы.
