Grafeenidioksidi

Grafeenidioksidi (GO) on grafeenin oksidoinnista syntyvä yhdiste, jossa grafiitin hiiliatomien verkostoon on kiinnittynyt runsaasti happi- ja funktionaalisia ryhmiä. Tyypillisiä ryhmiä ovat hydroksyyl-, epoksi-, karboksyylija karbonyyliryhmät, joita löytyy sekä basal-pintaan että reunoilta. Näiden ryhmien ansiosta GO on hydrophilinen ja se muodostaa suspensioita vesiliuoksissa, mikä helpottaa käsittelyä ja muokkausta.

Syntetisoiminen ja rakenne: GO valmistetaan yleensä kemiallisella oksidoimisella grafiitille. Yleisimmät menetelmät ovat Hummersin ja sen muunnelmien oksidointi, jossa grafiitti hapetetaan ja erottuu kerroksittain. Tämän prosessin seurauksena GO:n kerrosten välinen etäisyys kasvaa ja sp2-sidosten osuus vähenee, mikä heikentää sähköistä johtavuutta verrattuna puhtaaseen grafeeniin. GO voidaan dispersoida veteen ja sitä voidaan käsitellä edelleen erilaisilla kemiallisilla tai elektrolyyttisillä reaktioilla.

Ominaisuudet: GO on pääosin sähköisesti eristävä materiaali, koska oksidoituneet ryhmät katkovat konjugoituneen hiiliverkon. Sen mekanisia ominaisuuksia voidaan parantaa, kun GO liittyy muihin materiaaleihin tai kun sitä restaurointaan (redusoidaan) kevyesti rGO:hon, joka voi parantaa johtavuutta. GO on monipuolinen reaktiivinen vapauskohta molekyylisidoksille, mikä mahdollistaa sen muokkauksen funktionaalisilla ryhmillä.

Käyttökohteet: GO:a käytetään komposiitien täytteenä, energian tallennuslaitteissa (esimerkiksi superkondensaattorit ja akut), vesienkäsittelyssä ja suodatuskalvoissa, antureissa sekä biomateriaaleissa. Sen kyky tarjota monipuolisia kemiallisia kytkentöjä tekee siitä hyödyllisen precursornan rGO:lle, joka palauttaa paremman johtavuuden.

Turvallisuus ja ympäristö: GO:lla ja sen jälkeläisillä (rGO) on todettu olosuhteista riippuen biologista toksisuutta, ja niitä on käsiteltävä asianmukaisilla suojavarusteilla sekä käytettävä asianmukaisia jätehuoltotapoja. Oxidointiprosessit voivat olla aromihappojen kaltaisten yhdisteiden riskien vuoksi kuluttavia, joten valmistusvaiheiden turvallisuusnäkökohdat ovat tärkeitä.