Badania nad procesem utleniania grafitu mieszaninami utleniającymi w kwasach nieorganicznych

Ciszewski, M.; Mianowski, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania nad procesem utleniania grafitu mieszaninami utleniającymi w kwasach nieorganicznych

Autorzy

Ciszewski M. , Mianowski A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Survey of graphite oxidation methods using oxidizing mixtures in inorganic acids

Języki publikacji

Abstrakty

W artykule porównano trzy najpopularniejsze metody chemicznego utleniania grafitu zaproponowane przez Brodie, Staudenmaiera i Hummersa. Grafit poddano utlenianiu w mieszaninach silnych utleniaczy i stężonych kwasów nieorganicznych zgodnie z przepisami podanymi w literaturze. W zależności od stosowanej metody utlenianie prowadzono od kilku do kilkuset godzin. Produkty przebadano pod kątem zawartości tlenu, stosunku C/O oraz analizy jakościowej i ilościowej grup funkcyjnych. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, że najlepiej utleniony grafit można uzyskać stosując najbardziej czasochłonną metodę Brodie. Metoda Staudenmaiera daje dobrze utleniony grafit i możliwość prowadzenia ciągłego procesu, ale wymaga długiego czasu utleniania. Metoda Hummersa jest najkrótsza, jednak pozostawia sporą ilość nieutlenionych atomów węgla.

Three most popular methods of chemical oxidation of graphite proposed by Brodie, Staudenmaier and Hummers has been compared here. Synthetic graphite has been oxidized using strong chemical oxidizing agents in highly-concentrated inorganic acids. Reaction time varied from several to several hundred hours depending on the applied method. Products were characterized with respect to the oxygen content, C/O ratio, full qualitative and quantitative analysis of the oxygencontaining groups. Based on these experiments it was determined that the most oxidized graphite was obtained using the Brodie method. In case of Staudenmaier method, that can be carried out in single step, well-oxidized graphite can be obtained but much longer oxidation time is required. Method proposed by Hummers is the shortest but graphite oxide possesses a plenty of unoxidized carbon atoms.

Słowa kluczowe

grafit utlenianie tlenek grafitu eksfoliacja

graphite oxidation graphite oxide exfoliation

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem

Czasopismo

Chemik

Rocznik

2013

Tom

Vol. 67, nr 4

Strony

267--274

Opis fizyczny

Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Ciszewski M.

autor

Mianowski A.

Katedra Chemii, Technologii Nieorganicznej i Paliw, Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska, Gliwice

Bibliografia

1. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brien S.C., Curl R.F., Smalley R.E.: C60: Buckminsterfullerene. Nature 1985, 318, 162-163.
2. Novoselov K.S.,GeimA.K„ Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V, Firsov A.A.: Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science 2004, 306, 5696, 666-669.
3. Lee C., Wie X., Kysar J.W., Hone J.: Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene. Science 2008, 321, 5887, 385-388.
4. Balandin A.A., Ghosh S., Bao W., Calizo I., Teweldebrhan D., Miao F., Lau C.N.: Superior Thermal Conductivity of Single-Layer Graphene. Nano Lett. 2008, 8, 3, 902-907.
5. Li X., Cai W., An J., Kim S., Nah J., Yang D., Piner R., Velamakanni A., Jung I., Tutuc E., Banerjee S.K., Colombo L., Ruoff R.S.: Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils. Science 2009, 324, 5932,1312-1314.
6. Kim K.S , Zhao Y., Jang H., Lee S.Y., Kim J.M., Kim K.S., Ahn J.-H., Kim P., Choi J.-Y., Hong B.H.: Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 2009, 457, 706-710.
7. Edwards R.S., Coleman K.S.: Graphene Film Growth on Polycrystalline Metals. Acc. Chem. Res. 2013, 46, I, 23-30.
8. Ohta T., Bostwick A., Seyller T., Horn K., Rotenberg E.: Controlling the electronic structure of bilayer graphene. Science 2006, 313, 5789, 951 -954.
9. Stankovich S., Dikin D.A., Dommett G.H.B., Kohlhaas K.M., Zimney E.J., Stach E.A., Piner R.D., Nguyen S.B.T., Ruoff R.S.: Graphene-based composite materials. Nature 2006, 442, 282-286.
10. Brodie B.C.: On the atomic weight of graphite. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 1859, 149, 249-259.
11. Staudenmaier L.: Verfahren zur Darstellung der Graphitsaure Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1898, 31, 1481-1487.
12. McAllister M.J., Li J.-L., Adamson D.H., Schniepp H.C., Abdala A.A., Liu J., Herrera-Alonso M., Milius D.L., Car R., Prud'homme R.K., Aksay I.A.: Single sheet functionalized graphene by oxidation and thermal expansion of graphite. Chem. Mater. 2007, 19, 18, 4396-4404.
13. Hummers W.S., Offeman R.E.: Preparation of Graphite Oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339.
14. Szabó T., Berkesi O., Forgó R, Josepovits K., Sanakis Y., Petridis D., Dékány I.: Evolution of Surface Functional Groups in a Series of Progressively Oxidized Graphite Oxides. Chem. Mater. 2006, 18, 11, 274.
15. Lerf A., He H., Forster M., Klinowski J.: Structure of Graphite Oxide Revisited. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 23, 4477-4482.
16. Acik M., Lee G., Mattevi C., Pirkle A., Wallace R.M., Chhowalla M., Cho K., Chabal Y.: The Role of Oxygen during Thermal Reduction of Graphene Oxide Studied by Infrared Absorption Spectroscopy. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 19761-19781.
17. Stankovich S., Dikin D.A., Piner R., Kohlhaas K.M., Kleinhammes A., Jia Y., Wu Y., Nguyen S.B.T, Ruoff R.S.: Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 2007, 45, 7, 1558-1565.
18. Wang G., Yang J., Park J., Wang B., Liu H., Yao J.: Facile synthesis and characterization of graphene nanosheets. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 22, 8192-8195.
19. Mei X., Zheng H., Ouyang J.: Ultrafast reduction of graphene oxide with Zn powder in neutral and alkaline solutions at room temperature promoted by the formation of metal complexes. J. Mater. Chem. 2012, 22, 18, 9109-9116.
20. Gao W., Alemany L.B., Ci L., Ajayan P.M.: New insights into the structure and reduction of graphite oxide. Nature Chemistry 2009, 1, 403-408.
21. KuilaT., Bose S., Khanra P., Mishra A.K., Kim N.H., Lee J.H.: A green approach for the reduction of graphene oxide by wild carrot root. Carbon 2012, 50,3,914-921.
22. Matuyama E.: Pyrolysis of Graphitic Acid. J. Phys. Chem. 1954, 58, 3, 215-219.
23. Dimiev A., Kosynkin D.V, Alemany L.B., Chaguine P., Tour J.M.: Pristine graphite oxide. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2815-2822.
24. Chua C.K., Sofer Z., Pumera M.: Effects of Permanganate and Chlorate Oxidants on the oxygen composition. Chem. Eur. J. 2012, 18, 13453-13459.
25. Shulga Y.M., Martynenko V.M., Muradyan V.E., Baskakov S.A., Smirnov V.A., Gutsev G.L.: Gaseous products of thermo- and photo-reduction of graphite oxide. Chem. Phys. Lett. 2010, 498, 287-291.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPP2-0025-0115