اکسید گرافن احیا شده چیست؟ - ایران گرافن

اکسید گرافن احیا شده (rGO)  یک شکل جایگزین GO است که با روش‌های مختلفی از جمله شیمیایی، حرارتی و غیره پردازش شده است تا میزان اکسیژن به حداقل برسد زیرا محتوای اکسیژن باعث ناپایدارتر شدن GO می‌شود. در حالت اکسید شده معمول خود، GO به دلیل گروه های عملکردی اکسیژن، حساسیت کمتری را نشان می دهد، که باعث می شود عایق الکتریکی باشد و برای ساخت حسگر بر اساس رسانایی ایده آل نباشد.

با این حال، کاهش GO با استفاده از روش های شیمیایی یا حرارتی مانند بخار هیدرات هیدرازین، سولفید هیدروژن، هیدروکینون، دی متیل هیدرازین، NaBH4  و پودر آلومینیوم چندین بار با حذف اکسیژن و بازیابی اتم‌های کربن آروماتیک با پیوند دوگانه.می تواند رسانایی را بازیابی کند. این روش GO را به شکل خالص آن به گرافن باز نمی‌گرداند؛ زیرا حداقل گروه‌های اکسیژن حتی پس از قرار گرفتن در معرض روش های شیمیایی و حرارتی وجود دارند. rGO را می توان از طریق کاهش از GO بدست آورد.

این را می توان از طریق کاهش الکتروشیمیایی، کاهش شیمیایی و کاهش حرارتی انجام داد. هر فرآیندی مزایا و معایب خاص خود را دارد. اما هدف نهایی حذف گروه های اکسیژن و ترمیم عیوب در GO برای بازیابی شبکه مزدوج دوربرد GP و در نتیجه بازیابی رسانایی است.

اکسید گرافن شکلی از گرافن است که شامل گروه های عاملی اکسیژن است و خواص جالبی دارد که می تواند با گرافن متفاوت باشد. با کاهش اکسید گرافن، این گروه های عاملی اکسید شده حذف می شوند تا ماده گرافنی به دست آید. این ماده گرافن اکسید، گرافن احیا شده نامیده می شود که اغلب به اختصار rGO می گویند. rGO را می توان از اکسید گرافیت، ماده ای که از لایه های زیادی از اکسید گرافن ساخته شده است، پس از یک سری احیا به اکسید گرافن و سپس به صورت rGO به دست آورد.

در حالی که rGO در واقع نوعی گرافن با خواص مشابه گرافن است، rGO معمولاً دارای عیوب بیشتری است و کیفیت کمتری نسبت به گرافن تولید شده مستقیماً از گرافیت دارد. اکسید گرافن احیا شده(rGO)  حاوی اکسیژن باقیمانده و سایر اتم های هترواتم و همچنین نقص های ساختاری است. علیرغم شباهت کم‌معنای rGO به گرافن بکر، هنوز هم یک ماده باارزش است که قطعاً می‌تواند از نظر کیفیت برای کاربردهای مختلف مناسب باشد.

فرآیند کاهش اکسید گرافن برای تولید اکسید گرافن احیا شده بسیار مهم است زیرا تأثیر زیادی بر کیفیت rGO تولید شده دارد و بنابراین تعیین می‌کند که rGO از نظر ساختار و ویژگی‌ها چقدر به گرافن بکر نزدیک می‌شود.

تعدادی از فرآیندها برای کاهش GO بر اساس رویکردهای شیمیایی، حرارتی یا الکتروشیمیایی وجود دارد. برخی از این تکنیک‌ها قادر به تولید rGO با کیفیت بسیار بالا، مشابه گرافن با کیفیت بالا هستند، اما انجام آن‌ها می‌تواند پیچیده، پرهزینه یا زمان‌بر باشد.

برنامه های کاربردی rGO

به طور کلی، می‌توان گفت که rGO برای کاربردهای مشابه گرافن مناسب است، زیرا خواص این مواد مشابه است، البته معمولاً در انتهای rGO کمتر مورد توجه است. همانطور که قبلا گفته شد، خواص rGO بسته به روش تهیه و مورفولوژی و شیمی حاصل از rGO خاص می تواند متفاوت باشد.

GO کاهش یافته را می توان برای بسیاری از کاربردها استفاده کرد، از جمله: ذخیره انرژی، مواد کامپوزیت، ترانزیستورهای اثر میدانی و موارد دیگر.

کاهش اکسید گرافن برای تولید اکسید گرافن احیا شده، یک فرآیند بسیار حیاتی است، زیرا تأثیر زیادی بر کیفیت rGO تولید شده دارد و بنابراین تعیین می کند که rGO از نظر ساختار چقدر به گرافن دست نخورده نزدیک خواهد شد. در عملیات‌های بزرگ مقیاس که مهندسین علمی نیاز به استفاده از مقادیر زیادی گرافن برای کاربردهای صنعتی مانند ذخیره‌سازی انرژی دارند، rGO بدلیل سهولت نسبی در ایجاد مقادیر کافی گرافن تا سطوح کیفی مطلوب، واضح‌ترین راه‌حل است.

منبع:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.11.010

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/tc/c9tc04916a