Oxidul de grafit , cunoscut anterior ca grafitat oxid sau acid grafitic este un compus anorganic de carbon , oxigen și hidrogen , în diferite rapoarte atomice. Se obține prin tratarea grafitului cu oxidanți puternici. Cel mai oxidat produs este solidul galben cu un raport C: O între 2,1 și 2,9 care păstrează structura stratului de grafit, dar cu spații multistrat mult mai mari și neregulate.
Compusul solid se dispersează în soluții de bază producând straturi monomoleculare, cunoscut sub numele de oxid de grafen prin analogie cu grafenul , forma monostrat a grafitului. Oxidul de grafen a fost utilizat pentru a prepara o specie de hârtie foarte puternică și a primit recent un interes considerabil ca posibil intermediar pentru fabricarea grafenului. Cu toate acestea, acest obiectiv rămâne dificil de atins, deoarece grafenul obținut prin această metodă are multe defecte chimice și structurale.
Oxidul de grafit a fost inițial preparat de chimistul Oxford , Benjamin C. Brodie (ro) în 1859 prin tratarea grafitului cu o soluție de clorat de potasiu în acidul azotic fumigant . În 1957, William S. Hummers și Richard E. Offeman au dezvoltat o metodă mai sigură, mai rapidă și mai eficientă folosind un amestec de acid sulfuric , H 2 SO 4 , azotat de sodiu , NaNO 3 și permanganat de potasiu , KMnO 4 , care este încă utilizat pe scară largă în 2010.
In 2009, un amestec de H 2 SO 4 și KMnO 4 a fost utilizat pentru a lungimii deschise a nanotuburilor de carbon , care au produs panglici plate microscopice grafene câțiva atomi larg și ale căror margini au fost „acoperite“. Cu atomi de oxigen ( = O ) sau hidroxil grupări (-OH).
Structura și proprietățile oxidului de grafit depind de metoda particulară de sinteză și de gradul de oxidare. În general, menține structura stratificată a grafitului, dar straturile sunt vălate, iar distanța între straturi este de aproximativ două ori mai mare (~ 0,7 nm (7 Å )) decât grafitul. Strict vorbind, termenul „oxid” este incorect, dar s-a stabilit istoric. În plus față de grupările epoxidice (atomul de oxigen în punte), alte grupuri funcționale găsite experimental sunt grupările carbonil (= CO), hidroxil (-OH) și fenol atașate pe ambele părți. Există dovezi pentru „deformare” ”(abatere de la planeitate) a straturilor. Structura detaliată nu este încă înțeleasă din cauza tulburării severe și a stivuirii neregulate a straturilor.
Straturile de oxid de grafen au o grosime de 1,1 ± 0,2 nm . La microscopie de tunel arată prezența regiunilor locale în care atomii de oxigen sunt aranjate într - un aranjament rectangular obișnuit cu parametrii ochiurilor de 0.27nm × 0,41 nM. Marginile fiecărui strat sunt terminate cu grupări carboxil și carbonil . De spectrometriei fotoelectroni X arată prezența atomilor de carbon incluși în inelele aromatice și non-oxigenate ( 284,8 eV ), C-O ( 286,2 eV ), C = O ( 287,8 eV ) și OC = O ( 289.0 eV ).
Oxidul de grafit se hidratează ușor, ducând la o creștere vizibilă a distanței între straturi (până la 1,2 nm (12 Å ) în stare saturată). Apă suplimentară este, de asemenea, absorbită în spațiul intermediar, aceasta datorită efectelor presiunii ridicate induse. Materialul solid absoarbe astfel umiditatea din aerul ambiant proporțional cu umiditatea. Îndepărtarea completă a apei din acest produs este dificilă chiar și cu încălzirea la 60 - 80 ° C, ceea ce duce la descompunerea și degradarea sa parțială.
Oxidul de grafit se exfoliază și se descompune atunci când este încălzit rapid la temperaturi moderat ridicate (~ 280 - 300 ° C ), formând, de asemenea , carbon amorf fin divizat, oarecum similar cu carbonul activ .
Oxidul de grafit a generat mult interes ca o posibilă cale pentru producția și manipularea la scară largă a grafenului , un material cu proprietăți electronice extraordinare. Oxidul graphene este un izolator , aproape un semiconductor cu o conductivitate diferențială între 1 și 5 x 10 -3 S / cm , la o tensiune de 10 V . Cu toate acestea, fiind foarte hidrofil , oxidul de grafen se dispersează foarte bine în apă și se descompune în fulgi macroscopici, cu grosimea unui strat. În teorie, reducerea chimică a acestor fulgi ar duce la o suspendare a fulgilor de grafen.
Reducere parțială poate fi obținut prin tratarea oxidului de grafen dispersat cu hidrat de hidrazină , H 2 N-NH 2 la 100 ° C timp de 24 de ore sau prin expunerea la un puls de lumină puternică ca cea a unui fulger al unui aparat fotografic . Cu toate acestea, grafenul obținut cu această metodă are o conductivitate mai mică de 10 S / cm , mobilitatea purtătorilor de sarcină este cuprinsă între 2 și 200 cm 2 V −1 s −1 ) pentru găuri și între 0,5 și 30 cm 2 V −1 s −1 ) pentru electroni . Aceste valori sunt mult mai mari decât cele ale oxidului, dar sunt încă cu câteva ordine de mărime mai mici decât cele ale grafenului obținute prin exfoliere. Inspecțiile microscopice cu forță atomică ale oxidului de grafen arată că oxigenul de legătură distorsionează stratul de carbon, creând o rugozitate intrinsecă pronunțată în straturi care persistă după reducere. Aceste defecte sunt, de asemenea, demonstrate în spectrul Raman al oxidului de grafen.
O suspensie de fulgi de oxid de grafen poate fi, de asemenea, cernută pentru a recupera fulgii (la fel ca la fabricarea hârtiei) și presată pentru a face o hârtie de oxid de grafen (en) foarte puternică.