Theo phương pháp này, hỗn hợp của 2,5g graphite và 1,25g NaNO3 trong 120mL H2SO4 đậm đặc được khuấy ở nhiệt độ nhỏ hơn 5ºC. Oxy hóa lần 1 bằng 7,5g KMnO4, nhiệt độ không được quá 20ºC. Tăng nhiệt lên 35ºC và siêu âm trong 2 giờ. Sau đó, oxy hóa lần 2 bằng 7,5g KMnO4, siêu âm trong 4 giờ ở 35ºC. Thêm 400 mL nước cất. Để hỗn hợp về nhiệt độ phòng, thêm H2O2 30% đến khi hỗn hợp có màu vàng sáng. Ly tâm, rửa đến khi pH = 7, làm khô để thu được graphite oxide (GiO). GiO màu nâu đen được phân tán trong nước tạo hệ huyền phù với tỷ lệ 0,5 mg GiOmL H2O. Hệ huyền phù được siêu âm trong 12 giờ để phân tán GiO hoàn toàn thành đơn lớp GiO hay còn gọi là GO, GO phân tán trong nước tạo thành dung dịch màu vàng nâu.
7,5 g KMnO4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP GRAPHENE Hóa chất dụng cụ 1.1 Hóa chất Bảng 1: Các hóa chất sử dụng ST T Hóa chất Axit sunfuric Natri nitrat Kali permanganate Hydro peroxit Hydrazine hydrate Ammonium peroxy disulfate Ký hiệu hóa học Graphite Trạng thái Đặc tính Nguồn gốc Rắn Dh < 20 µm ρ=[20-30] g/100ml 98% > 99% > 99% Sigma Aldrich Lỏng H2SO4 NaNO T3= 35 oCRắn KMnOt 4= Rắn Trung Quốc Trung Quốc Việt Nam H2O2 N2H4.H2O Lỏng Lỏng 30% 50% Trung Quốc Trung Quốc (NH4)2S2O8 Rắn 98% Trung Quốc Các hóa chất sử dụng trực tiếp mà không cần trải qua giai đoạn tinh chế khác 1.2 Dụng cụ hóanhiệt Cá từ; bếp từ; đũa Oxy khuấy; kế; becher chủng loại 500 ml, 250 ml; ống đong 50 ml; pipet mL; bể siêu âm Sonic 410 (40 KHz - 700W), hãng Hwashin - Hàn Quốc; máy ly tâm (4000 rpm); cân phân tích bốn số; tủ sấy; lò vi sóng Panasonic 800 W; máy lọc chân không Các phương pháp tổng hợp graphene 2.1 Phương pháp Hóa Học 2.1.1 Quy trình tổng hợp GO theo phương pháp Hummers Siêu âm 400 ml nước cất Rửa (ly tâm) N Siêu âm Ly tâm GO Hình Sơ đồ quy trình tổng hợp GO theo phương pháp hummers cải biên Thuyết minh quy trình: Theo phương pháp này, hỗn hợp 2,5g graphite 1,25g NaNO 120mL H2SO4 đậm đặc khuấy nhiệt độ nhỏ 5ºC Oxy hóa lần 7,5g KMnO 4, nhiệt độ không 20ºC Tăng nhiệt lên 35ºC siêu âm Sau đó, oxy hóa lần 7,5g KMnO4, siêu âm 35ºC Thêm 400 mL nước cất Để hỗn hợp nhiệt T = 40 oC T = 40 oC rGO độ phòng, thêm H2O2 30% đến hỗn hợp có màu vàng sáng Ly tâm, rửa đến pH = 7, làm khô để thu graphite oxide (GiO) GiO màu nâu đen phân tán nước tạo hệ huyền phù với tỷ lệ 0,5 mg GiO/mL H2O Hệ huyền phù siêu âm 12 để phân tán GiO hoàn toàn thành đơn lớp GiO hay gọi GO, GO phân tán nước tạo thành dung dịch màu vàng nâu 2.1.2 Quy trình khử GO tạo rGO với tác nhân khử hydrazine hydrate t = 30 phút Nước cất v mL hydrazine hydrate Hình Quy trình khử GO tạo rGO với tác nhân khử hydrazine hydrate Thuyết minh quy trình: Cân 0,1g GO cho vào 100 mL nước cất Siêu âm lần thứ 40 oC với công suất 500 W Cho mL hydrazine hydrate vào huyền phù, khuấy 30 phút, sau đem siêu âm lần thứ hai 40 oC với công suất Rửacất (ly tâm) 500 W cho phản ứng xảy Tiếp đến rửa ly tâm nước Đem sấy khô thu sản phẩm ký hiệu mẫu rGO 2.2 Quy Trình tổng hợp rGO với tác nhân khử vi sóng Siêu âm lần Khuấy Siêu âm lần Gi + NaNO3 + H2SO4 0,1 g GO Khuấy KMnO4 KMnO4 Oxy hóa lần Oxy hóa lần Trộn Phản ứng vi sóng H2O Pha loãng Ly tâm rGO Hình 3: Quy trình tổng hợp rGO vi sóng Quy trình tổng hợp Ge trình bày hình trải qua hai giai đoạn Giai đoạn 1: Quá trình oxy hóa Gi tạo GiO (phần 2.1.1) Giai đoạn 2: Khử GiO vi sóng tạo rGO Trộn hỗn hợp GiO cho vào lò vi sóng Sau phản ứng vi sóng phút, hỗn hợp pha loãng 250 mL nước cất đem đánh siêu âm Sau trình siêu âm, hỗn hợp ly tâm, rửa đến pH = làm khô để thu rGO 10 Rửa (lọc) Vi sóng Siêu âm lần Ly tâm Siêu âm lần 2.3 Quy trình tổng hợp rGO với tác nhân hydro peroxit (H2O2) ammonium Nước cất peroxy disulfate (NH4)2S2O8 có hỗ trợ vi sóng (phương pháp xanh) 1,15 mL H2O2 2,5 g Gi 0,125 g (NH4)2S N Hình 4: Quy trình tổng hợp rGO với tác nhân hydro peroxit (H2O2) ammonium peroxy disulfate (NH4)2S2O8 có hỗ trợ vi sóng Thuyết minh quy trình: cân 2,5 g Gi 0,125 g (NH4)2S2O8, cho vào hỗn hợp 1,15 mL H2O2 Siêu âm lần thứ 10 phút 40 oC với công suất 500 W Sau đem hỗn hợp để vào lò vi sóng phút Cho vào 400 mL nước cất, siêu âm lần thứ hai 30 phút 40 oC với công suất 500 W Tiếp đến, rửa (lọc) nước cất Sau đó, ly tâm nước cất để loại bỏ Gi không phản ứng dưới, phần huyền phù lơ lững thu hồi Đem sấy khô thu sản phẩm rGO Các phương pháp khảo sát hình thái-cấu trúc-đặc tính - Nhiễu xạ tia X (XRD): xác định cấu trúc rGO khoảng cách đơn lớp rGO, bước đầu nhận dạng độ tinh khiết đồng lớp rGO - Phổ hồng ngoại chuyển tiếp-Fourier (FTIR): xác định nhóm chức có mặt rGO - Ảnh AFM: xác định bề dày trung bình lớp rGO - Phổ Raman: xác định cấu trúc rGO có giống với cấu trúc Gi đơn lớp hay không - Ảnh TEM: cho thấy hình thái sản phẩm rGO - Phương pháp phân tích nhiệt TGA: xác định khả bền nhiệt sản phẩm rGO - Độ dẫn điện - phương pháp mũi dò (Four Point Probe): đo điện trở mặt vật liệu rGO để từ xác định độ dẫn điện rGO