5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
1.3.3. Vật liệu graphene oxide biến tính bởi nitrogen (GO-N)
1.3.3.1. Cấu trúc vật liệu
ể tăng cƣờng hơn nữa hiệu suất điện hóa, các nhà nghiên cứu đã thay đổi cấu trúc của graphene nhƣ đƣa các nhóm chức bề mặt, kiểm soát diện tích bề mặt cụ thể, điều chỉnh phân bố kích thƣớc lỗ trống và các nguyên tử không đồng nhất, đƣợc áp dụng để tiếp tục chức năng hóa học, nhằm tăng cƣờng lực liên kết giữa các hạt nano và graphene [76]. Vì cấu trúc vốn có của graphene là một tinh thể nguyên tử của carbon hai chiều (2D) với các nguyên tử carbon lai hóa sp2 đƣợc sắp xếp trong một mạng tinh thể nhƣ tổ ong, có tác động rất lớn đến lực liên kết giữa các hạt nano và graphene, dẫn đến độ ổn định chu kỳ tƣơng đối thấp. Xem xét sự phức tạp và chi phí, việc pha tạp GO với nguyên tử phi kim là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn. Về việc pha tạp các nguyên tử nhƣ N, S, B, … có độ âm điện lớn hơn độ âm điện của carbon, đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi để cải thiện khả năng hoạt động hóa học của GO [77], [78].
ba cấu hình liên kết phổ biến trong carbon mạng tinh thể, bao gồm N bậc bốn (hoặc quaternary N), pyridinic N và pyrrolic N (Hình 1.6).
Hình 1.6. C u tạo liên kết các nguyên tử nitrogen trong N-graphene [79]
Cụ thể, liên kết pyridinic N với hai nguyên tử C ở các cạnh hoặc các hốc của graphene và đóng góp một electron p vào hệ thống π. Pyrrolic N đề cập đến N nguyên tử đóng góp hai electron p vào hệ thống π [80], [81]. Các nguyên tử N thay thế cho các nguyên tử C trong vòng lục giác. Trong số các loại nitrogen, pyridinic N và quaternary N là lai hóa sp2 và pyrrolic N là lai hóa sp3. Cấu trúc của GO pha tạp bởi nitrogen còn đƣợc thể hiện ở Hình 1.7 của quá trình tổng hợp composite MnO2/GO-N [82].
1.3.3.2. Tính chất của vật liệu
Các pyrrolic-N đƣợc tích hợp vào các dị vòng của bộ xƣơng GO, nên GO-N có độ linh động của điện tử và độ phản ứng cao [82] GO-N cho thấy các thuộc tính khác nhau so với GO nguyên sơ. Cụ thể là vị trí của các nguyên tử carbon sẽ bị ảnh hƣởng bởi nguyên tử N bị pha tạp [83], [84], tạo ra các tâm hoạt động trên bề mặt của GO. Các tâm hoạt động này có thể tham gia phản ứng xúc tác trực tiếp nhƣ oxygen phản ứng khử hoặc tạo các vị trí để đính các hạt nano kim loại dùng trong phản ứng xúc tác [85]. ác lớp GO đƣợc gắn các nhóm chứa oxygen nhƣ các nhóm hydroxyl, carboxyl, carbonyl và epoxy. Sau đƣợc xử lý bằng amoniac, các nguyên tử nitrogen đƣợc đƣa vào bộ xƣơng GO và một số nhóm có chứa oxygen đã đƣợc loại bỏ. Các phƣơng pháp thông thƣờng, GO-N thu đƣợc có thể phân tán tốt trong nƣớc, đó là thuận tiện cho việc đính các hạt nano trên bề mặt vật liệu. Ngoài ra, các nguyên tử nitrogen thay đổi sự phân bố điện tích bề mặt và tạo ra nhiều vị trí để đính các hạt nano kim loại [82]. Khả năng phân tán của các hạt nano kim loại trên GO-N tốt hơn trên GO [86].