Grafitoxid ved højt tryk åbner en vej til nye fantastiske nanomaterialer

(PhysOrg.com) -- Nye resultater fra forskere ved Umeľ Universitet, Sverige, viser, at ikke kun vand, men også alkoholopløsningsmidler kan indsættes for at udvide strukturen af ​​grafitoxid under højtryksforhold. Oplysningerne er nyttige i søgen efter nye metoder til at udvikle fantastiske materialer, der kan bruges til for eksempel nanoelektronik og til energilagring.

Grafitoxid har en lagdelt struktur som almindelig grafit, bruges i blyanter, men med øget afstand mellem lagene. Det har også en unik evne til at inkorporere forskellige opløsningsmidler mellem lagene. Selv efter 150 års undersøgelser er strukturen af ​​grafitoxid stadig noget af et mysterium.

Interessen for grafitoxid er for nylig blevet varmet op på grund af muligheden for at omdanne det til grafen - et ark kulstof, der kun er et atom tykt. Grafen har potentialet til at tjene som grundlag for en helt ny klasse af materialer, som er ultra-stærke, men alligevel lette. De ekstraordinære materialer kunne for eksempel bruges til nanoelektronik, i solceller, til fremstilling af usædvanligt stærkt papir, og at forbedre brændstofeffektiviteten i biler og fly. Grafitoxid kan omdannes til grafen ved moderat opvarmning og endda med et blitz fra et almindeligt kamera. En alternativ metode er kemisk behandling af grafitoxid dispergeret i opløsning. For at gøre omdannelsen af ​​grafitoxid til grafen mere effektiv har forskere brug for at kende detaljerede oplysninger om strukturen af ​​grafitoxid, herunder dets struktur i opløsning under forskellige betingelser.

"Vi har fundet en række nye fænomener for grafitoxid ved højtryksforhold. Dette giver yderligere muligheder for at udvikle nye kompositgrafen-relaterede materialer ved hjælp af højtryksbehandling og for at modificere grafitoxid kemisk. Det er klart, vi kan indsætte større molekyler mellem grafitoxidlag på grund af udvidelsen af ​​gitteret ved højtryksforhold. Også, når lag af grafitoxid er adskilt af flere lag opløsningsmiddel, er det mere sandsynligt, at de vil forblive adskilt efter reduktion, hvilket forhindrer dannelse af grafit og hjælper med syntesen af ​​grafen", siger Dr Alexandr Talyzin.

Sidste år et internationalt hold af forskere fra Sverige, Ungarn, Tyskland og Frankrig rapporterede om en usædvanlig egenskab ved grafitoxid:strukturen udvidede sig under højtryksforhold på grund af indføring af flydende vand. Den nye undersøgelse ledet af forskere fra Umeľ Universitet og udført ved den schweizisk-norske beamline (ESRF, Grenoble) rapporterer, at ikke kun vand, men også alkoholopløsningsmidler (methanol og ethanol) kan indsættes mellem oxiderede grafenlag under højtryksforhold.

"Imidlertid, det sker på en helt anden måde i forhold til, når der indsættes vand under højt tryk. Alkohol indsættes i et enkelt trin som et komplet lag i strukturen ved et bestemt tryk, mens vandindføring sker gradvist, uden klare trin ", siger dr Alexandr Talyzin. Eksperimenter med methanol og vandblandinger viste, at vand mellem lagene af grafitoxid er i flydende tilstand og forbliver flydende, selv når bulkvand størkner omkring korn af materialet.

"Den ekstra mængde vand og methanol frigives også fra strukturen, når trykket falder, hvilket resulterer i en unik strukturel "åndedræt" effekt. Det er også bemærkelsesværdigt, at for ethanol blev den udvidede højtryksstruktur observeret selv efter fuld trykudløsning", siger Dr Alexandr Talyzin.

Forsøgene blev udført ved hjælp af diamantamboltceller, som gør det muligt at presse små prøver op til meget høje tryk og at studere fasetransformationer ved hjælp af røntgendiffraktion gennem diamanter. De nye resultater er offentliggjort i J. Am. Chem. Soc af Alexandr V. Talyzin, Bertil Sundqvist, (Sverige), Tamás Szabó, Imre Dekany (Ungarn) og Vladimir Dmitriev (Frankrig).