..........................................................................................................................................................................................................................................
uDaiHoc.com > i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Thị Thanh Loan NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2019 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bùi Thị Thanh Loan NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Chuyên ngành Mã số : Hóa học vơ : 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hướng dẫn 1: TS Phan Ngọc Hồng Hướng dẫn 2: PGS.TS Trần Đại Lâm Hà Nội - 2019 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu riêng không trùng lặp với cơng trình khoa học khác Các kết số liệu trung thực, số kết luận văn kết chung nhóm nghiên cứu hướng dẫn PGS.TS Trần Đại Lâm TS Phan Ngọc Hồng – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam Hà Nội, ngày 01 tháng 04 năm 2019 Tác giả luận văn Bùi Thị Thanh Loan iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc, kính trọng tới PGS.TS Trần Đại Lâm TS Phan Ngọc Hồng – người thầy tận tâm hướng dẫn nghiên cứu để luận án hoàn thành, động viên khích lệ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình hồn thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm phát triển công nghệ cao – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cán nhân viên Trung tâm quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi tốt đóng góp chun mơn cho tơi trình học tập nghiên cứu thực bảo vệ luận văn Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy, giáo Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam bảo giảng dạy năm học qua hoàn thiện luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ tình cảm tới người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ, hỗ trợ mặt Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Bùi Thị Thanh Loan v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU CNTs Carbon nanotubes (Ống nano cacbon) CVD Chemical vapor deposition (Lắng đọng pha hóa học) DSM Dynamic structural model (Mơ hình cấu trúc động) DMF N,N’- đimetylformamide EGO Exfoliated graphen oxit (GO bóc tách) Fourier transform infrared spectroscopy FTIR GO GICP (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourie) Graphene oxit (Graphen oxit) Graphite intercalation compounds paper High-resolution transmission electron microscopy HR-TEM LPE (Kính hiển vi điện tử quét phân giải cao) Bóc tách lớp pha lỏng MWCNT Multiwall carbon nanotube (Nano cacbon đa tường) N2H4.H2O Hydrazin monohydrat NaBH4 PC Natri bohidrua Propylen carbonate PVDF Polyvinylidene fluoride TBA Tetra-n-butylammonium rGO Reduced graphene oxide (Graphen oxit khử) vi SEM SWCNT SE XRD Scanning electron microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) Single carbon nanotube (Nano cacbon đơn tường) Secondary electrons (Điện tử thứ cấp) X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) vii DANH MỤC BẢNG Bảng Độ dẫn điện số vật liệu Bảng Độ dẫn nhiệt số vật liệu Bảng So sánh phương pháp chế tạo graphit thành GO 31 Bảng So sánh tính chất GO tổng hợp cách sử dụng graphit bột graphit 43 Bảng Thành phần hóa học mẫu ttổng hợp với điều kiện phản ứng khác 44 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các liên kết ngun tử cacbon mạng graphen Hình 1.2 Kỹ thuật đo đặc tính 10 Hình 1.3 Sơ đồ chuyển hóa từ graphit thành rGO 11 Hình 1.4 Sơ đồ chuyển hóa từ graphit thành Rgo 12 Hình 1.5 Sơ đồ mô tả chế khử nhiệt cho GO phân hủy dạng ôxy qua khơi mào phản gốc 14 Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn phương pháp LPE 15 Hình 1.7 Tổng hợp graphen từ graphit phương pháp LPE sử dụng dung mơi khác 16 Hình 1.8 Sơ đồ hình ảnh giãn nở điện cực graphit sử dụng trình hai giai đoạn 17 (a) Giản đồ minh họa bóc lớp điện hóa graphit (b) hình ảnh mảnh graphit trước sau bóc lớp (c) graphen bóc lớp dung dịch điện phân Hình 1.9 (d) phân tán graphen (nồng độ mg/ml) DMF 19 (e) sơ đồ minh họa chế việc bóc lớp điện hóa graphit thành rGO Hình 1.10 Phương pháp tách học màng graphen thu Hình 1.11 Cơ chế tạo màng graphen phương pháp nung nhiệt đế SiC 20 21 ix Hình 1.12 Mơ hình mơ tả q trình lắng đọng pha hóa học Hình 1.13 Hình ảnh mơ tả hình thành lớp màng graphen bề mặt đế Ni với nguồn khí cacbon khí CH4 21 22 Hình 1.14 Mơ hình mơ tả quy trình mổ ống nano cacbon 23 Hình 1.15 Cấu trúc hóa học graphen oxit (GO) 24 Hình 1.16 Các phương pháp tổng hợp GO 28 Hình 1.17 Sơ đồ mơ tả q trình chế tạo GO phương pháp Hummers 30 Hình 1.18 Cơ chế hình thành GO từ graphit 32 Hình 1.19 Sơ đồ hệ điện ly plasma sử dụng cho chế tạo GO 33 Hình 2.1 Sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể 36 Hình 2.2 Độ tù pic phản xạ gây kích thước hạt 37 Hình 2.3 Quy trình chế tạo GO phương pháp điện hóa 40 Hình 3.1 Sơ đồ minh họa trình tổng hợp EGO q trình điện hóa 43 Hình 3.2 Ảnh nguyên liệu thô sản phẩm thu bước 47 Kết đo BET vật liệu GO phương pháp 49 Hình 3.3 điện hóa Hình 3.4 Hình thái học graphit 50 Hình 3.5 Ảnh FE- SEM hình thái vật liệu EGO 51 x Hình 3.6 Phổ Raman vật liệu graphit 52 Hình 3.7 Phổ Raman GO 53 Hình 3.8 Giản đồ XRD graphit graphen oxit 55 Hình 3.9 Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier graphen oxit 56 MỤC LỤC CH NG 1: TỔNG QUAN 1.1 VẬT LIỆU GRAPHEN 1.1.1 Cấu trúc vật liệu graphen 1.1.2 Một số tính chất graphen 1.1.2.1 Tính chất điện 1.1.2.2 Tính chất nhiệt 1.1.2.3 Tính chất 10 1.1.2.4 Tính chất quang 10 1.1.2.5 Tính chất hóa học 11 1.1.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu graphen 11 1.1.3.1 Graphen tổng hợp từ graphit oxit 11 1.1.3.2 Graphen tổng hợp phương pháp hóa học ướt 15 1.1.3.3 Bóc lớp học 19 1.1.3.4 Phương pháp epitaxy 20 1.1.3.5 Phương pháp CVD 21 1.1.3.6 Phương pháp tách mở ống nano cacbon 22 1.2 VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT 23 1.2.1 Cấu trúc vật liệu graphen oxit (GO) 23 1.2.2 Một số tính chất graphen oxit 25 1.2.2.1 Tính dẫn điện 25 1.2.2.2 Tính hấp phụ 25 1.2.2.3 Khả phân tán 26 1.2.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu graphen oxit 27 1.2.3.1.Chế tạo graphen oxit sử dụng chất oxi hóa axit mạnh 27 1.2.3.2.Chế tạo graphen oxit phương pháp điện ly plasma 32 CH 35 NG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 MỘT SỐ PH VẬT LIỆU NG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐẶC TR NG 35 2.1.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét phân giải cao (FE-SEM) 35 2.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [45,46] 35 2.1.3 Phương pháp tán xạ Raman 37 2.1.4 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier- FTIR [47] 38 2.2 LỰA CHỌN PH 38 NG PHÁP 2.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THỰC NGHIỆM 39 2.3.1 Thiết bị dụng cụ 39 2.3.2 Hóa chất 40 2.4 QUY TRÌNH CHẾ TẠO GRAPHEN OXIT 40 CH 42 NG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 C CHẾ TỔNG HỢP CỦA GO THEO PH NG PHÁP ĐIỆN HĨA 42 3.2 MỨC ĐỘ KIỂM SỐT TỔNG HỢP CÁC TẤM GO THEO PH PHÁP ĐIỆN HÓA NG 43 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu graphit 43 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng dung dịch chất điện hóa 44 3.2.3 Khảo sát diện tích bề mặt riêng vật liệu graphen oxit 47 3.3 KẾT QUẢ ẢNH CHỤP HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT PHÂN GIẢI CAO (FE – SEM) 48 3.4 KẾT QUẢ PHỔ TÁN XẠ RAMAN 49 3.5 KẾT QUẢ NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 51 3.6 KẾT QUẢ PHỔ HỒNG NGOẠI CHUYỂN DỊCH FOURIER (FTIR) 53 CH NG 4: KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 M ĐẦU Trong năm gần đây, graphen vật liệu sở graphen loại vật liệu nhận quan tâm đặc biệt, kể từ lần vật liệu graphen giới thiệu tính chất điện tử từ năm 2004 Cùng với đó, vào năm 2010 giải thưởng Nobel vật l vật liệu trao cho hai nhà khoa học Konstantin S.Novoselov Andre K.Geim thuộc trường đại học Manchester nước Anh Lần tách đơn lớp graphen từ vệt liệu khối graphit mô tả tính chất đặc trưng chúng [1] Kể từ graphen trở thành đối tượng nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu rộng rãi tính chất điện – điện tử, điện hóa, quang học, học khả hấp phụ Là tiền thân quan trọng dẫn xuất vật liệu graphen, graphen oxit (GO) nhận rộng rãi năm gần Graphen oxit (GO) dạng oxi hóa graphen tồn nhóm chức chứa oxi, có nhóm chức chủ yếu hidroxy, epoxy bề mặt nhóm cacboxyl, cacbonyl biên mép đơn lớp làm cho vật liệu GO có tính ưa nước phân tán tốt mơi trường chất lỏng [2] Nhờ gốc nhóm chức này, vật liệu GO dễ dàng lắp ghép với cấu trúc v mô, GO giữ nguyên dạng cấu trúc lớp ban đầu graphit [3-6] Hơn nhóm chức chứa oxi giúp GO dễ dàng hoạt động tương tác mạnh với loại vật liệu khác mang lại vật liệu GO hoàn chỉnh loạt ứng dụng công nghệ Graphen oxit, thường sử dụng tiền chất để tổng hợp graphen Tuy nhiên nhờ có nhiều tính chất độc đáo [7], vật liệu thường sử dụng số l nh vực in ấn thiết bị điện tử, xúc tác, lưu trữ lượng, màng tách sinh học vật liệu tổng hợp [8] Hiện nay, phương pháp tổng hợp vật liệu GO phụ thuộc vào phản ứng than chì với chất oxi hóa hỗn hợp mạnh, chứa đựng nhiều rủi ro an toàn cháy nổ, ô nhiễm môi trường thời gian phản ứng lâu tới hàng trăm Trong luận văn này, chúng tơi trình bày phương pháp mở rộng, an tồn thân thiện với mơi trường để tổng hợp vật liệu graphen oxit với hiệu suất cao dựa q trình oxi hóa graphit Tấm graphit bị oxi hóa hồn tồn vài giây, graphen oxit thu có tính chất đạt tương tự graphen oxit chế tạo phương pháp Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài: Trong luận văn tập trung nghiên cứu nội dụng sau: - Chế tạo vật liệu graphen oxit phương pháp điện hóa - Khảo sát tính chất đặc trưng vật liệu chế tạo phương pháp như: nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ Raman, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier - FTIR kính hiển vi điện tử quét phân giải cao (FE - SEM) CHƢƠNG T NG QUAN 1.1 VẬT LIỆU GRAPHEN Cacbon ngun tố đóng vai trị quan trọng cho sống nguyên tố hàng triệu hợp chất hóa học hữu Trong ngun tử cacbon, electron lớp ngồi hình thành nên nhiều kiểu lai hóa khác Do nguyên tử liên kết lại với chúng có khả tạo nên nhiều dạng cấu trúc tinh thể như: Cấu trúc tinh thể ba chiều (3D), hai chiều (2D), chiều (1D) không chiều (0D) [9] Điều thể thông qua phong phú dạng thù hình vật liệu cacbon là: Kim cương, graphit, graphen, ống nano cacbon fullerens Trong đó, graphen hai nhà khoa học người Anh gốc Nga Andre Geim Konstantin Novoselov khám phá vào năm 2004 Cấu tr c c a vật liệu graphen Về mặt cấu trúc graphen ph ng dày cấu tạo từ nguyên tử cacbon xếp theo cấu trúc lục giác mặt ph ng hay gọi cấu trúc hình tổ ong Do có electron tạo thành lớp vỏ nguyên tử cacbon nên có bốn electron phân bố trạng thái lai hóa AO - 2s lai hóa AO - 2p đóng vai trị quan trọng việc liên kết hóa học nguyên tử cacbon với Các trạng thái lai hóa AO - 2s AO 2p nguyên tử cacbon lai hóa với tạo thành ba trạng thái định hướng mặt ph ng hướng ba phương tạo với góc 1200 Mỗi trạng thái lai hóa AO - sp nguyên tử cacbon xen phủ với trạng thái lai hóa AO - sp nguyên tử cacbon khác hình thành liên kết cộng hóa trị dạng sigma (σ) bền vững Chính liên kết sigma quy định cấu trúc mạng tinh thể graphen dạng cấu trúc hình tổ ong l giải graphen bền vững mặt hóa học trơ mặt hóa học Ngoài liên kết sigma (σ), hai nguyên tử cacbon lân cận tồn liên kết pi (π) khác bền vững hình thành xen phủ AO - pz không bị lai hóa với AO - s Do liên kết π yếu có định hướng khơng gian vng góc với AO - sp nên electron tham gia liên kết linh động quy định tính chất điện quang graphen Chiều dài liên kết C – C cấu trúc graphen khoảng 0,142 nm H nh 1: i n t m i nguy n t on m ng gr ph n [9] Một số t nh chất c a graphen 1 T nh h t i n Graphen có độ linh động điện tử cao, graphen có độ linh động điện tử vào khoảng 15.000 cm2/V.s nhiệt độ phịng Trong khí Silic vào khoảng 1400 cm2/V.s, ống nano cacbon khoảng 10.000 cm2/V.s, bán dẫn hữu (polymer, oligomer) vào khoảng 10 cm2/V.s Điện trở suất graphen khoảng 10-6 Ω.cm, thấp điện trở suất bạc (Ag), vật chất có điện trở suất thấp nhiệt độ phòng [10] Vì graphen biết đến vật liệu có điện trở suất thấp loại vật liệu nhiệt độ phòng thể bảng Điều mở tiềm ứng dụng to lớn graphen sản xuất linh kiện điện tử tốc độ cao Bảng 1: Độ dẫn i n Vật liệu số vật i u [11] Độ dẫn điện (S m-1) Bạc 6.30×107 Đồng 5.96×107 Vàng 4.10×107 Nhơm 3.5×107 Canxi 2.98×107 Vonfram 1.79×107 Kẽm 1.69×107 Niken 1.43×107 Liti 1.08×107 Iron 1.00×107 Platin 9.43×106 Tin 9.17×106 Thép 1.43×107 Titan 2.38×106 Mangan 2.07×106 Thép khơng gỉ 1.45×106 Nichrome 9.09×105 GaAs 5×10−8 đến 103 Cacbon vơ định hình 1.25 đến 2×103 Kim cương 10−13 Germanium 2.17 Nước biển 4.8 Nước cương 5×10−4 đến 5×10−2 Silicon 1.56×10−3 Gỗ 10−4 đến 10-3 Nước khử ion 5.5×10−6 Glass 10−11 đến 10−15 Hard rubber 10-14 Air 3×10-15 đến 8×10-15 Teflon 10-25 đến 10-23 1 2 T nh h t nhi t Độ dẫn nhiệt vật liệu graphen đo nhiệt độ phòng vào khoảng 5000 W/mK [12] cao dạng cấu trúc khác cacbon ống nano cacbon, than chì kim cương thể bảng Graphen dẫn nhiệt theo hướng mặt ph ng Khi mà thiết bị điện tử ngày thu nhỏ mật độ mạch tích hợp ngày tăng u cầu tản nhiệt cho linh kiện quan trọng Với khả dẫn nhiệt tốt, graphen hứa h n vật liệu tiềm cho ứng dụng đặc biệt linh kiện điện tử công suất Bảng 2: Độ dẫn nhi t Vật liệu số vật i u [13] Độ dẫn nhiệt (W/mK) Kim cương 1000 Bạc 406.0 Đồng 385.0 Vàng 314 Đồng thau 109.0 Nhơm 205.0 Sắt 79.5 Thép 50.2 Chì 34.7 Thủy ngân 8.3 Đá băng 1.6 Thủy tinh 0.8 Bê tông 0.8 Nước 200C 0.6 Amiăng 0.08 Sợi thủy tinh 0.04 Gạch chịu nhiệt 0.15 Gạch thô 0.6 Tấm xốp gỗ 0.04 Gỗ rỉ 0.04 Bơng khống 0.04 Nhựa PE 0.033 Nhựa PU 0.02 Gỗ 0.12-0.04 10 Khơng khí 00C 0.024 Silica aerogel 0.003 1 T nh h t Để xác định độ bền vật liệu graphen nhà khoa học sử dụng kỹ thuật kính hiển vi lực ngun tử cụ thể người ta sử dụng đầu típ có đường kính khoảng 2nm kim cương làm lõm graphen đơn lớp Kết đo tính tốn cho thấy vật liệu graphen có Young’s modulus khoảng 1.100 GPa, có độ bền kéo 125 Gpa, vật liệu cứng (hơn kim cương cứng thép 300 lần Trong tỉ trọng graphen tương đối nhỏ 0,77 mg/m2 [12] Hình 1.2: Kỹ thuật o ặ t nh [14] 1 T nh h t qu ng Graphen đơn suốt, hấp thụ 2,3% cường độ ánh sáng độc lập với bước sóng vùng quang học Vì màng 11 mỏng suốt, dẫn điện cao làm vật liệu graphen tích cực nghiên cứu thử nghiệm [15] 1 T nh h t hó họ Tương tự bề mặt graphit, bề mặt graphen hấp thụ giải hấp thụ nguyên tử phân tử nhóm chức khác (ví dụ NO2, NH3, K OH) Các chất hấp thụ liên kết yếu thể vai trò chất cho nhận làm thay đổi nồng độ hạt tải graphen có tính dẫn điện cao Điều khai thác cho ứng dụng làm cảm biến hóa học Một số phƣơng pháp ch t o vật liệu graphen Cho đến có nhiều phương pháp vật l , hóa học sử dụng để chế tạo vật liệu graphen Dưới số phương pháp: 1 Gr ph n tổng hợp từ gr phit oxit Graphen thu từ graphen oxit thông qua phản ứng khử Dưới sơ đồ chuyển hóa graphit thành rGO hình 1.3 Vi sóng Hình 1.3: Sơ huyển hó từ gr phit thành rGO [16] 12 Q trình khử nhóm chức có chứa oxy bề mặt GO chuyển lai hóa C – sp3 thành lai hóa C – sp2 Sản phẩm phản ứng khử gọi loạt tên gọi khác như: Graphen oxit bị khử, graphen oxit bị khử mặt hóa học hay rGO Các phương pháp khử GO rGO nghiên cứu rộng rãi thập kỷ qua Q trình khử hóa học GO thực với tác nhân khử như: hydrazin monohydrat (N2H4.H2O), natri bohidrua (NaBH4), dimethyl hydrazin, axit hydriodic (HI), khí hidro nhiệt độ cao, ancol,… [17] Mỗi tác nhân khử có hoạt tính với nhóm chức định hiệu khử tác nhân khác Ví dụ tác nhân khử Na - NH3 khử 30 phút thu rGO có tỷ lệ nguyên tử C:O khoảng 16,61:1, với tác nhân khử hydrazin có hoạt tính khử mạnh với nhóm epoxy cacboxylic điều kiện khử 80 - 1000C, tỉ lệ nguyên tử C:O khoảng 10,3:1 Cơ chế khử hydrazin minh họa hình 1.4 [18] Hình 1.4: Sơ huyển hó từ gr phit thành rGO [19] Theo hình 1.4 cho thấy hydrazin dễ dàng phản ứng với nhóm chức epoxy bề mặt GO hình thành nên hydrazin alcohol, nhóm khơng bền chuyển hóa nhanh thành aminoaziridine, sau nhóm aminoaziridine loại bỏ nhiệt độ khoảng 80 - 1000C để hình thành 13 nên liên kết đôi, nhằm khôi phục lại mạng lưới rGO vị trí Tác nhân khử NaBH4 cho thấy hiệu so với hydrazin, hiệu cao với nhóm C=O, hiệu thấp với nhóm epoxy cacboxylic, nhiệt độ khử khoảng 800C, tỉ lệ nguyên tử C:O khoảng 13,4:1 cao so với hydrazin C:O khoảng 6,2:1 [19] Axit HI sử dụng chất khử mạnh môi trường axit [17], ion I- có hoạt tính mạnh với nhóm epoxy hydroxyl GO, hai nhóm chức chiếm tỷ lệ lớn GO, sử dụng khoảng 55% axit HI khử GO rGO cho hiệu cao, phân tích phổ XPS cho tỉ lệ nguyên tử C:O khoảng 12,0:1 Tuy nhiên, phương pháp khử hóa học cho thấy số nhược điểm như: tạo chất thải độc hại có hại cho mơi trường (hơi hydrazin chất độc) Do đó, việc tìm chất khử hiệu cao thân thiện môi trường cần thiết để thay phương pháp khử GO truyền thống Gần tác nhân khử thân thiện môi trường, ch ng hạn vitamin C, bột nhôm, khử đường, axit amin, Na 2CO3 nghiên cứu sử dụng để khử GO rGO [16] Khử hóa học phương pháp phổ biến để khử GO, thay sử dụng chất khử hóa học để loại nhóm chức chứa oxi từ bề mặt GO khử nhiệt sử dụng nhiệt để khử graphit oxit GO lị nung (mơi trường chân khơng cao mơi trường khí trơ mặt hóa học như: Ar, H2, N2,…) Bên cạnh trình khử cịn có q trình bóc lớp, q trình bóc lớp xảy khí CO, CO2, H2O phân tử hidro nhỏ tạo cách nung nóng graphit oxit, GO nhiệt độ cao, tạo áp lực lớn lớp xếp chồng lên (40 MPa nhiệt độ 3000C, 130 MPa nhiệt độ đạt 10000C) áp suất đủ lớn tách lớp GO xa [19] Đánh giá số Hamaker dự đoán áp suất 2,5 MPa cần thiết để tách hai GO xếp chồng lên [19] Ngoài ra, CO đóng vai trị tác nhân khử nhóm chức bề mặt GO [20] Một vài lớp rGO thu việc khử nhiệt GO mơi trường khí nitơ khoảng nhiệt độ từ 200-10000C [21] rGO tổng hợp 8000C có chất lượng cao so với nhiệt độ khác, rGO có diện tích bề mặt riêng lớn (560,6 m2/g) cấu trúc nano-xốp Loại bỏ oxi trình khử GO phụ thuộc vào mơi trường khí sử dụng (chân không, Ar, N2 14 H2), tốc độ gia nhiệt động học trình bày tài liệu [21] Cơ chế trình khử nhiệt hình 1.5 Hình 1.5: Sơ mô tả h h nhi t ho GO hỉ r s phân h y d ng oxi qu s mào phản gố với: (I) s h nh thành gố thông 15 qu phản ứng hydrop roxy, (II) S ốt háy (h nh thành gố hydroxy, hydro, n truyền thông qu phản ứng h r oxy hoặ t n ơng vào nhóm hydroxy ũng mở vòng poxy, (III) h m dứt vào gố nzy /ph ny với sản phẩm O/ O2 [20] 1 Gr ph n tổng hợp ằng phương pháp hó họ ướt 1 Bó tá h ớp ph ỏng Bóc tách lớp pha lỏng (LPE) thường liên quan đến phân tán graphit dung môi Qui trình dựa q trình sonvat hóa, ngh a tạo ổn định enthalpy mảng graphen phân tán hấp phụ dung môi [22] Sơ đồ biểu diễn phương pháp LPE cho hình 1.6 Hình 1.6: Sơ iểu diễn phương pháp LPE [22] Phương pháp thể qua ba giai đoạn: phân tán graphit dung mơi, bóc tách lớp graphit thành graphen cuối làm sản phẩm graphen Việc bóc tách lớp graphit thành cơng địi hỏi phải phá vỡ lực liên kết Vander Waals lớp liền kề graphit Một TaiLieuDaiHoc.com ... tách lớp graphit thành cơng địi hỏi phải phá vỡ lực liên kết Vander Waals lớp liền kề graphit Một TaiLieuDaiHoc. com