Graphenoxid

Graphenoxid (GO) ist eine Form von Graphen, die mit Sauerstoffgruppen wie Hydroxyl, Epoxid und Carboxyl funktionell modifiziert ist. Es bildet ein- bis mehrlagige Blätter, die sich gut in Wasser und anderen polaren Lösungsmitteln dispergieren lassen. Durch die Oxidation wird die sp2-Hybridisierung teilweise gebrochen und der Abstand zwischen den Schichten vergrößert, was GO chemisch reaktionsfreudig macht.

Herstellung erfolgt überwiegend durch die Oxidation von Graphit mit starken Oxidationsmitteln in saurer Lösung (das Hummers-Verfahren und Varianten). Nach der Oxidation lassen sich GO-Blätter exfolieren. Die Oberfläche trägt funktionelle Gruppen wie –OH, –O– und –COOH, die eine chemische Weiterfunktionalisierung ermöglichen.

Eigenschaften: GO ist elektrisch weitgehend isolierend; Reduktion zu reduziertem Graphenoxid (rGO) kann die Leitfähigkeit teilweise wiederherstellen. Die mechanischen Eigenschaften hängen stark vom Grad der Oxidation ab; GO ist hydrophil und gut in Wasser dispergierbar, wodurch sich Filmschichten und Verbundwerkstoffe herstellen lassen.

Anwendungen: GO wird als Trägermaterial in Polymerverbundwerkstoffen, als Barriere- oder Membranmaterial in der Wasseraufbereitung, in elektrochemischen Energiespeichern, Sensoren und als Plattform für funktionalisierte Oberflächen genutzt; auch in der Biomedizin wird GO erforscht, unter anderem für Trägerreformen und Drug-Delivery.

Sicherheit und Umwelt: Die Produktion verwendet starke Oxidationsmittel; GO-Partikel können reizend wirken. Langzeitwirkungen auf Mensch und Umwelt sowie Entsorgung von GO-bedingen weitere Forschung. Geeignete Sicherheitsmaßnahmen sind erforderlich.

Historie: GO wurde durch oxidierende Behandlungen von Graphit zuerst in der Mitte des 20. Jahrhunderts beschrieben; seine Bedeutung wuchs ab den 2000er-Jahren erheblich durch systematische Synthese und Anwendungen in Graphen-basierten Materialien.