IV. Oxi hĩa graphite đã tách lớp (EG) thành graphite oxide (GO)
V.1.2.Khử nhiệt
Qui trình hồn nguyên GO thành graphene được trình bày trên hình B.V.2 thơng qua các bước sau: Hịa tan GO vào dung mơi, tạo màng graphene oxide bằng phương pháp phun và hồn nguyên thành graphene thơng qua phương pháp khử nhiệt.
Hình B.V.2- Sơ đồ của quá trình khử nhiệt
GO được cân và hịa tan vào trong hỗn hợp dung mơi gồm nước cất: ethanol theo tỷ lệ 4:1 về thể tích (phù hợp với qui trình phun nhiệt phân mà chúng tơi sử dụng để tạo màng trong đề tài này), dung dịch được xử lí bằng sĩng siêu âm để GO phân tán thành các lớp graphene oxide trong dung mơi (hình B.V.3) với nồng độ thích hợp (9mg/ml). Dung dịch cĩ chứa các lớp graphene oxide này sẽ được sử dụng trực tiếp để phủ màng bằng phương pháp phun nhiệt phân. Trong quá trình phun màng, lượng dung dịch được phun thành nhiều xung với từng lượng nhỏ và áp suất dịng khí là 16-18 Kg/cm2, kết hợp với nhiệt độ đế được đặt ở 1500
C để đảm bảo cho dung mơi và các thành phần hữu cơ khơng liên kết bay hơi hồn tồn (nhiệt độ 1500C là ngưỡng nhiệt độ thấp nhất của qui trình này), khi đĩ các lớp graphene oxide sẽ phân bố đồng đều và ổn định trên bề mặt của đế, nên hiện tượng xếp lớp được hạn chế tối đa. Cuối cùng, màng graphene oxide được ủ nhiệt để loại bỏ các nhĩm chức cĩ chứa oxi và phần dung mơi cịn liên kết bên trong màng.
Hình B.V.3- Graphite oxit và dung dịch graphene oxide
Graphite oxide Graphene oxide graphene oxideMàng Graphene Dung mơi
Đánh siêu âm
Phủ màng Ủ nhiệt
Graphite oxide Graphene oxide graphene oxideMàng Graphene Dung mơi
Đánh siêu âm
Quá trình ủ nhiệt được chia thành 2 giai đoạn: Đầu tiên chúng tơi nâng nhiệt đến 3000C, trong giai đoạn này nhiệt được nâng lên với tốc độ chậm (cường độ dịng điện cung cấp I = 5A), để tránh sự bay hơi nhanh của dung mơi thừa và phần lớn nhĩm chức hydroxyl trên bề mặt của màng graphene là nguyên nhân gây ra các sai hỏng của bề mặt màng [14], màng được ủ ở nhiệt độ này trong 30 phút. Sau đĩ chúng tơi tiếp tục nâng nhiệt nhanh đến nhiệt độ cần ủ (6000C, 7000C, 8000C hoặc 9000C) với cường độ dịng điện cung cấp là I=8A, giữ ở nhiệt độ này trong 1h để quá trình khử các nhĩm chức cĩ chứa oxi tiếp tục diễn ra.
Trong quá trình khử nhiệt, phản ứng của các nhĩm chức sẽ diễn ra như sau [38]: Trong giai đoạn nhiệt độ thấp phần lớn các nhĩm chức hydroxyl trên bề mặt màng graphene (B) sẽ bị phân hủy vì chúng là các nhĩm khơng bền (hình B.V.4a), và nhĩm carboxyl (D) thì được khử chậm, phản ứng khử carboxyl chỉ bắt đầu diễn ra ở 1500C (hình B.V.4b). Trong giai đoạn nhiệt độ cao các nhĩm B và D vẫn tiếp tục được khử, cho đến khi nhiệt độ đạt 6500
C thì các nhĩm hydroxyl ở mép của mạng graphene (B’) bắt đầu diễn ra. Nhĩm chức carbonyl chỉ được khử ở nhiệt độ từ 12000C trở lên, trong khi quá trình thực nghiệm của chúng tơi nhiệt độ cao nhất đạt được là 9000
C, nên khơng thể loại bỏ nhĩm chức này.
Hình B.V.4b- Hình minh họa phản ứng khử nhiệt của nhĩm carboxyl