Síntesis escalables de óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido mediante oxidación de diseño en cascada y reacciones de reducción altamente básicas

Por lo tanto, nuestro alcance de investigación es la tecnología de oxidación y reducción en la producción de nanomateriales de grafeno y óxido de grafeno. Por lo tanto, desarrollamos un protocolo para la reacción de oxidación química con la seguridad y eficiencia optimizadas.

Las tecnologías que mejoran la seguridad y la detección de diversas reacciones de oxidación y reacción de producción alcalina son importantes para la producción de óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido.

La escala de la reacción de oxidación del grafeno requiere un protocolo seguro y eficiente. Además de la eficiencia del host, las necesidades de la marca echo y la reducción del grafeno y eso está en la reacción de reducción química.

Presentamos el diseño en cascada, la reacción de oxidación y el aprovechamiento de las energías exotérmicas para la reacción de calentamiento de la celda, ahorrando productos químicos, energías y tiempo. La reacción de reducción con amoníaco básico es simple y efectiva para reducir el óxido de grafeno sin parar.

Nuestro laboratorio desarrollará el protofilm de la reacción de reducción de oxidación para la producción a escala y la aplicación de protocolos de materiales basados en grafeno, especialmente abordando el lado que el grafeno es útil para la purificación de agua, catalizador de agua, almacenamiento y producción de energía.

[Narrador] Para comenzar, agregue cinco gramos de polvo de grafito a un vaso de precipitados de vidrio de 50 mililitros y agregue 50 mililitros de ácido sulfúrico al 97% al vaso de precipitados. Revuelva las tres suspensiones de grafito y ácido sulfúrico magnéticamente en condiciones ambientales durante al menos una hora. En un matraz Erlenmeyer de vidrio de 250 mililitros, agregue 100 mililitros de ácido sulfúrico al 97%. Agregue lentamente 10 gramos de permanganato de potasio a la solución de ácido sulfúrico bajo agitación magnética para disolver y preparar aproximadamente 100 mililitros de solución de manganeso y ácido sulfúrico. Vierta lentamente una suspensión de grafito y ácido sulfúrico previamente preparada en la solución de manganeso y ácido sulfúrico bajo agitación magnética en el matraz Erlenmeyer de vidrio de 250 mililitros. Después de nueve minutos en un baño de agua, continúe agitando la mezcla de reacción en condiciones ambientales. Deje que la temperatura de reacción exotérmica alcance un máximo de entre 48 y 52 grados Celsius y vuelva gradualmente a la temperatura ambiente. Revuelva las tres mezclas de grafito, manganeso y ácido sulfúrico magnéticamente en condiciones ambientales. A continuación, vierta con cuidado el primer matraz Erlenmeyer de mezcla de grafito, manganeso y ácido sulfúrico en 1,080 mililitros de agua bajo agitación. Use un termómetro infrarrojo para medir la temperatura de reacción, que se eleva a aproximadamente 59 grados Celsius. Luego, agregue lentamente el segundo matraz Erlenmeyer de mezcla de grafito, manganeso y ácido sulfúrico para elevar la temperatura a aproximadamente 80 grados centígrados. Agregue el tercer matraz Erlenmeyer de la mezcla para aumentar la temperatura a aproximadamente 94 grados centígrados. Vierta gradualmente 450 mililitros de solución de peróxido de hidrógeno al 5% en el vaso de precipitados, observando un ligero aumento de temperatura debido a la reacción exotérmica. Ahora vierta toda la mezcla de reacción en tubos de centrífuga de 50 mililitros. Centrifugar a 1.500G durante cinco minutos a temperatura ambiente. Recoger los sólidos sedimentados para mezclarlos con un litro de solución de ácido clorhídrico al 5%. Después de agitar la suspensión ácida durante al menos una hora, centrifugar y lavar la suspensión hasta que la solución sobrenadante alcance un pH cuatro. Utilice un sistema de filtración al vacío con agua pura para lavar el óxido de grafito sedimentado sólido. A continuación, seque la suspensión de óxido de grafito lavada en un horno de secado a 80 grados centígrados. Luego, con un mortero de acero inoxidable o cerámica, muela el material seco para producir un polvo de óxido de grafito. Utilice microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía para caracterizar el óxido de grafito y el óxido de grafeno obtenidos. Deje caer gradualmente una solución de amoníaco del 25 al 28% en la dispersión acuosa de óxido de grafito hasta que el pH alcance 10. Sonicar la dispersión utilizando una sonda ultrasónica ajustada a 100 vatios de potencia con un ciclo continuo y una amplitud del 80%. Vierta la dispersión de un litro de óxido de grafeno en un reactor de vidrio redondo de un litro. Agregue 111 mililitros de solución de amoníaco al 25 al 28% para elevar el pH por encima de 11 y hacer que la mezcla sea muy básica. Caliente la mezcla de reacción a 90 grados centígrados sin revolver. Luego filtre la mezcla reducida de óxido de grafeno con telas filtrantes o papel de filtro de celulosa y recoja el hidrogel en una caja de plástico para su almacenamiento. Utilice la microscopía electrónica de barrido y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía para caracterizar el hidrogel de óxido de grafeno reducido. Finalmente, disperse 0,1 gramos de hidrogel de óxido de grafeno reducido en 300 mililitros de agua. Utilice la agitación seguida de la sonicación para garantizar una dispersión homogénea de las nanoláminas de RGO, lo que indica una buena dispersión acuosa. El patrón de difracción de rayos X del polvo de óxido de grafito reveló un pico de 10,8 grados, correspondiente a una distancia entre láminas de 8,19 angstroms y un pico de 42,2 grados. Las imágenes SEM confirmaron la estructura multicapa de las partículas de óxido de grafito y el mapeo elemental mostró distribuciones uniformes de átomos de carbono y oxígeno. El espectro EDS y el análisis elemental del óxido de grafeno indicaron un 64,02% de átomos de carbono y un 35,98% de átomos de oxígeno, lo que da una relación CO-atómica de 1,78. Las imágenes SEM de nanohojas de go exfoliadas a partir de óxido de grafito a una concentración de 1.000 partes por millón revelaron una separación exitosa en láminas delgadas. Los patrones XRD de hidrogel y polvo de óxido de grafeno reducido revelaron un pico amplio de 27,7 grados para el hidrogel, mientras que el polvo exhibió picos más agudos a 10,1, 26,6 y 42,6 grados. Las imágenes SEM de hidrogel RGO deshidratado revelaron nanoláminas no apiladas y morfología porosa de estructuras RGO ensambladas. El mapeo elemental de la estructura del hidrogel RGO demostró distribuciones uniformes de átomos de carbono y oxígeno en toda la matriz, con una relación CO-atómica de 4,16. Las imágenes SEM de nanohojas de RGO deshidratadas revelaron una morfología arrugada y una estructura de lámina delgada.