Оксид Графена

Категория: Продукция

Дата публикации

Автор: Super User

Технология производства оксида графена является нашей оригинальной модификацией метода Хаммерса-Оффемана. Устранена необходимость применения нитрата натрия, в конечном продукте устранена примесь недоокисленного графита, которая обычно присутствует в классическом методе Хамерса-Оффемана. Разработанный способ получения оксида графена запатентован (Патент РФ 2709594). Выпускаемый продукт характеризуется следующими данными. На дифрактограмме воздушно-сухой пленки присутствует только один пик, характерный для межслоевого расстояния оксида графена. Пики, соответствующие недоокисленному графиту, практически отсутствуют (длина волны рентгеновского излучения 2.29091 А):

Анализ сухого продукта показывает, что содержание минеральных примесей (золы) составляет 0,3% масс. По данным энергодисперсионного анализа, воздушно-сухой продукт имеет следующий элементный состав, принимая сумму C+O+S=100% без учета других элементов):

* Углерод =57,6% масс.

* Кислород =40,2% масс.

* Сера =2,2% масс.

Спектр комбинационного рассеяния является типичным для оксида графена (длина волны возбуждающего лазера 532 нм):

Кроме стандартного оксида графена с указанными выше характеристиками, нами впервые разработана технология синтеза оксида графена глубокого окисления (ОГЛ), отличающегося малым латеральным размером чешуек и повышенной коллоидной устойчивостью в водных растворах даже в присутствии электролитов. По данным энергодисперсионного анализа, воздушно-сухой продукт имеет следующий элементный состав, принимая сумму C+O+S=100% без учета других элементов):

Углерод =54,6% масс.

Кислород =43,5% масс.

Сера =1,9% масс.

Данных об аналогичных продуктах в литературе не имеется, это наша оригинальная разработка.

На рисунках далее сопоставлены СЭМ изображения графена, полученного термическим разложением стандартного оксида графена и оксида графена глубокого окисления:

Графен из стандартного ОГ

Графен из ОГЛ

Как видно, для графена, полученного из стандартного оксида графена, наблюдаются чешуйки большого латерального размера, собранные в складки. Для графена же, полученного из оксида графена глубокого окисления, характерна посеченность на мелкие чешуйки, складчатых структур мало. При синтезе оксида графена глубокого окисления происходит химическое разрезание оксидно-графеновых слоев в плоскости. Этот вид оксида графена получен нами впервые.

Рентгеновская дифрактограмма ОГЛ подобна стандартному ОГ. Снять спектр комбинационного рассеяния ОГЛ не удается ввиду его сильной люминесценции.

Стоимость ОГЛ ненамного больше стоимости стандартного ОГ.

Кроме вышеуказанного элементного состава и морфологических различий, ОГЛ отличается от ОГ стандартного следующими признаками:

Параметр	ОГ стандартный	ОГЛ
Внешний вид 1% дисперсии, как есть после реактора, без дополнительной обработки.	Густая жидкость буроватого цвета.	Умеренно густая жидкость буровато-желтого цвета. Может немного темнеть при длительном хранении, особенно на свету.
Внешний вид 1% дисперсии после дополнительной обработки ультразвуком (по желанию заказчика).	Умеренно густая жидкость. В центрифуге (3773 g) частично оседает. При стоянии в течение нескольких дней вязкость значительно возрастает и приближается к исходной, что говорит об обратимой агрегации-дезагрегации чешуек при выключении и включении ультразвука.	Не вязкая жидкость. Вязкость не меняется заметно со временем хранения. В центрифуге (3773 g) осадка практически нет.
Коллоидная устойчивость в водных растворах.	В чистой воде устойчив, в присутствии солей коагулирует.	В чистой воде устойчив, в присутствии солей одновалентных металлов практически не коагулирует. При добавке солей многовалентных металлов наступает коагуляция.
Число графен-оксидных слоев в водном растворе и в сухом виде.	Следует понимать, что данный параметр зависит от концентрации ОГ в растворе и от обработки ультразвуком. Образование агрегатов частиц, в частности пакетов слоев, обратимо. Под действием ультразвука происходит дезагрегация, при длительном хранении происходит агрегация слоев. В сухом виде оба эти вида оксида графена образуют гибкие, достаточно прочные пленки, состоящие из плотно упакованных графен-оксидных слоев, ориентированных параллельно подложке.
рН водной дисперсии	4-6 по методике ООО НаноТехЦентр, включающей коагуляцию водной дисперсии ОГ концентрированным раствором нитрата натрия и измерение рН надосадочной жидкости. Непосредственное измерение рН водной дисперсии ОГ без его коагуляции может приводить к ошибкам, потому что ОГ содержит на поверхности слоев кислые группы.
Модифицированные формы	Нами разработан оригинальный способ модификации, обеспечивающий получение дисперсии ОГ в эпоксидной смоле без видимых в оптическом микроскопе агрегатов частиц.
Химические свойства	- Восстанавливается до графена при нагревании с аскорбиновой кислотой в водном растворе, при обработке в сверхкритическом изопропаноле. - В водном растворе дает нерастворимые комплексы в виде хлопьев при взаимодействии с солями алюминия, железа, титана, никеля, меди и др. - В сухом виде разлагается со вспышкой при быстром нагревании до примерно 200^оС, с образованием дефектного графена в виде очень легкого порошка. Комплексы оксида графена с металлами (в сухом виде) также разлагаются со вспышкой при быстром нагревании. - При медленном нагревании сухой оксид графена частично теряет массу и образует дефектный графен, содержащий еще значительное количество кислородных групп. - Водный раствор оксида графена проявляют свойства поверхностно-активного вещества и может применяться для получения стабильных коллоидных растворов и гелей углеродных наночастиц, например углеродных нанотрубок и графена.

Технология опытного производства оксида графена, реализованная в ООО НаноТехЦентр, допускает масштабирование. На фото показан действующий реактор синтеза стандартного оксида графена и оксида графена глубокого окисления с производительностью 0,4 кг в расчете на сухой продукт за технологический цикл. Процесс синтеза оксида графена автоматизирован, подача компонентов, температурные режимы управляются компьютером по заданной программе, есть визуализация внутреннего пространства реактора. Производство экологически чистое. Решены проблемы утилизации отходов и побочных продуктов.

Участок производства оксида графена в ООО НаноТехЦентр. Левее центра реактор окисления графита со вспомогательными устройствами и коммуникациями. Справа управляющий компьютер. На заднем плане устройства фильтрации и промывки.