A grafit-oxid , korábbi nevén oxid grafitos vagy grafitos sav egy szervetlen vegyület a szén , az oxigén és a hidrogén különböző atomarányban. Úgy állítjuk elő, hogy a grafit a erős oxidáló szerekkel . A legoxidáltabb termék a sárga szilárd anyag, amelynek C: O aránya 2,1 és 2,9 között van, amely megtartja a grafit rétegszerkezetét, de sokkal nagyobb és szabálytalanabb rétegek között.
A szilárd vegyület bázikus oldatokban diszpergálva monomolekuláris rétegeket hoz létre, amelyek grafén-oxid néven ismertek a grafénnal , a grafit egyrétegű alakjával analóg módon . A grafén-oxidot nagyon erős papírfajok előállítására használták, és a közelmúltban jelentős érdeklődést váltott ki a grafén előállításának lehetséges intermediereként. Ezt a célt azonban továbbra is nehéz elérni, mivel az ezzel a módszerrel kapott grafén sok kémiai és szerkezeti hibával rendelkezik.
A grafit-oxidot eredetileg Oxford vegyésze , Benjamin C. Brodie (en) készítette 1859-ben, a grafitot a füstölgő salétromsav kálium-klorát- oldatával kezelve . 1957-ben William S. Hummers és Richard E. Offeman kidolgozott egy biztonságosabb, gyorsabb és hatékonyabb módszert kénsav , H 2 SO 4 , nátrium-nitrát , NaNO 3 és kálium-permanganát , KMnO 4 keverékével , amelyet még mindig széles körben használnak. 2010-ben.
2009-ben, a keverék H 2 SO 4 , és KMnO 4 használtunk nyitott hosszirányban szén nanocsövek , amely előállított mikroszkopikus lapos szalagok grafén néhány atom széles és amelynek szélei voltak „capped”. Oxigénatomokkal ( = O ) vagy hidroxil- csoportok (–OH).
A grafit-oxid szerkezete és tulajdonságai az adott szintézis módszertől és az oxidáció mértékétől függenek. Általában fenntartja a grafit rétegszerkezetét, de a rétegek burkolva vannak, és a rétegek közötti távolság körülbelül kétszer akkora (~ 0,7 nm ( 7Å )), mint a grafitnál. Szigorúan véve az "oxid" kifejezés helytelen, de történelmileg bevált. Az epoxicsoportokon (áthidaló oxigénatom) kívül további, kísérletileg talált funkciós csoportok a karbonil- (= CO), a hidroxil- (-OH) és a fenolcsoportok, amelyek mindkét oldalon kapcsolódnak. "(A síkosságtól való eltérés). A részletes szerkezet még nem ismert a rétegek súlyos rendezetlensége és szabálytalan egymásra rakása miatt.
A grafén-oxid rétegek vastagsága 1,1 ± 0,2 nm . Az alagútmikroszkópia megmutatja azoknak a helyi régióknak a jelenlétét, ahol az oxigénatomok szabályos téglalap alakú elrendezésben helyezkednek el, a hálóparaméterek 0,27 nm × 0,41 nm. Minden réteg széle karboxil- és karbonilcsoportokkal végződik . A fotoelektron-spektrometria X jelenlétét mutatja szénatomok tartalmazza az aromás gyűrűk és a nem-oxigénezett ( 284,8 eV ), C-O ( 286,2 eV ), C = O ( 287,8 eV ), és OC = O ( 289,0 eV ).
A grafit-oxid könnyen hidratálódik , ami a rétegek közötti távolság látható növekedéséhez vezet ( telített állapotban 1,2 nm-ig (12 Å )). További víz is felszívódik a rétegek közötti térben, ennek oka az indukált nagy nyomás hatása. A szilárd anyag így a nedvesség arányában elnyeli a környezeti levegő nedvességtartalmát. Komplett víz eltávolítása a termék nehéz, még melegítéssel 60 - 80 ° C , amely ahhoz vezet, hogy a részleges elbontásával és a degradáció.
A grafit-oxid hámlik és bomlik, ha gyorsan mérsékelten magas hőmérsékletre (~ 280 - 300 ° C ) melegítik , és finom eloszlású amorf szenet is képez , amely kissé hasonló az aktív szénhez .
A grafit-oxid nagy érdeklődést váltott ki a grafén , rendkívüli elektronikai tulajdonságokkal rendelkező anyag nagyszabású előállításának és manipulálásának lehetséges útjaként . Maga a grafén-oxid szigetelő , majdnem félvezető , vezetőképesség- különbséggel 1 és 5 × 10 -3 S / cm között 10 V feszültségen . Mivel azonban a grafén-oxid nagyon hidrofil , nagyon jól diszpergálódik a vízben, és makroszkopikus pelyhekre bomlik, amelyek többnyire vastagak. Elméletileg ezen pelyhek kémiai redukciója grafénpelyhek szuszpenzióját eredményezné.
Részleges redukció elő, hogy a grafén-oxid diszpergált a hidrát a hidrazin , H 2 N-NH 2 át 100 ° C-on 24 órán át, vagy a kitettség egy erős fény impulzusokat, hogy a flash- egy fényképező . Azonban, a grafén kapott ezzel a módszerrel a vezetőképessége kisebb, mint 10 S / cm , a mobilitást a töltéshordozók között 2 és 200 cm 2 V -1 s -1 ) a lyukak és 0,5 és 30 cm 2 V −1 s −1 ) elektronok esetén . Ezek az értékek sokkal nagyobbak, mint az oxidé, de még mindig néhány nagyságrenddel alacsonyabbak, mint a hámlasztással kapott graféné. A grafén-oxid atomi erő mikroszkópos vizsgálata azt mutatja, hogy az oxigén áthidalása torzítja a szénréteget, és kifejezett belső érdességet hoz létre a rétegekben, amely a redukció után is fennmarad. Ezek a hibák a grafén-oxid Raman-spektrumában is megmutatkoznak .
A grafén-oxid pehely szuszpenzióját is szitálhatjuk, hogy visszanyerjük a pelyheket (mint a papírgyártásnál), és megnyomjuk, hogy a papír grafén-oxiddá (en) nagyon erős legyen.