Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - а) Химическая структура листа ОГ согласно модели Лерф-Клиновски, b) Химическая структура ОГ, предложенная Гао
Рисунок 2 - с) Изображение мембраны ОГ, полученное с помощью электронного микроскопа. Цветом выделяются области с разной структурой: темно-зеленым - содержащие посторонние атомы, синие - топологические дефекты атомов углерода, красным - отдельные посторонние включения атомов, зеленым - изолированные топологические дефекты, желтым - разрывы в структуре, d) схематическое изображение структуры ОГ и дефектов в ней. Изображения: a, ref. 25, © 1998 Elsevier; b, ref. 28, © 2009 NPG; c, ref. 10, ©2010 ACS; d, ref. 29, © 2010 NPG.
Рисунок 3 - Сравнение рамановских спектров для чистого графена и оксида графита (тонкий слой) при длине излучения лазера 514.5 нм
Рисунок 4 - К флуоресценции ОГ, зонная диаграмма, плотность состояний
Рисунок 5 - а)ИК область спектра, люминесценция, b) Зависимость ее уровня от времени выдержки образцов в N2H4
Рисунок 6 - с) Спектр флуоресценции фрагмента графена в 100 мкм2 при возбуждении длиной волны 473 нм (энергии 2.62 эВ), d) Спектр флуоресценции тонкой пленки ОГ при возбуждении на длине волны в 325 нм, три случая для разных времен выдержки в N2H4, e) Фотолюминисценция квантовых точек зависит от показателя рН, f) Синяя флуоресценция раствора наночастиц ОГ. Изображения: c, ref. 70, © 2009 ACS; d, ref. 58; © 2010 Wiley; e, ref. 33, © 2010 Wiley; f, ref. 32, © 2009 ACS.
Рисунок 7 - Влияние размера кластера (числа колец в нем) на ширину запрещенной зоны.
Рисунок 8 - Сферы оксида графита

Знакомьтесь: GO

Ключевые слова:  GO, оксид графена, оксид графита

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

25 ноября 2010

Оксид графита (graphite oxide {Прим. ред.: используется и graphene oxide}, GO, ОГ) – это твердое вещество {Прим. ред.: обычно все же его можно увидеть в виде пленок, суспензий и пр.}, в состав которого входят ароматические углеродные кольца и кислородсодержащие функциональные группы. ОГ известен уже более 100 лет. Впервые оксид графита был получен в середине 19 века английским химиком Бенждамином Броди в результате реакции графита с хлоратом калия KClO3 и азотной кислотой HNO3. В 1957 году был предложен другой метод получения, который заключается в окислении графита в смеси концентрированных серной кислоты H2SO4, нитрата натрия NaNO3 и перманганата калия KMnO4.

Подобно графиту, ОГ имеет слоистую структуру. Углеродные слои деформированы за счет перехода атомов углерода из sp2 в sp3–гибридизованное состояние. Толщина его в среднем составляет 1 нм, что больше, чем у обычного графена и объясняется наличием функциональных групп, главным образом гидроксильных и карбоксильных, в состав которых входят атомы кислорода (рисунок 1). ОГ обладает способностью связывать ионы некоторых металлов из растворов, так же как и взаимодействовать с органическими и неорганическими соединениями. В результате можно получить пористые углеродные материалы, содержащие частицы металлов Pt, Pd, FexOy и др. ОГ имеет большое число дефектов топологической структуры и разрывов (рисунок 2).

Люминесценция ОГ приходится на красную и синюю область спектра (рисунки 5,6). Для улучшения люминесценции ОГ можно подвергнуть воздействию гидразина N2H4. При уменьшении размеров {Прим. ред.: если считать, что речь идет об оксиде графита, а не об "оксиде графена", то речь может идти, наверное, о слойности, или все же о размере самих чешуек} ОГ происходит рост пика излучения в синей области и гашение излучения в красном диапазоне спектра. На рисунке 7 показана люминесценция частиц ОГ в водном растворе. Отсюда следует, что величина локальной ширины запрещенной зоны в ОГ зависит от его размера (рисунок 7). Люминесценция в синем диапазоне может возникнуть при размерах кластера в 1 нм, что соответствует 20-ти углеродным кольцам в кластере. Меньшие домены станут источником излучения в красной области с размерами более 2 нм. Однако стоит подчеркнуть, что такой анализ не учитывает влияния других факторов, например, наличия sp3 гибридизированной матрицы, формы кластеров, их топологии.

Поскольку ОГ растворим в воде и не нуждается в предварительном измельчении или модификации, его можно использовать для доставки нерастворимых в воде лекарств. Поверхность высокодисперсного окисленного графита близка по составу и строению к ОГ (*). В свете этого ОГ может служить удобной моделью для разработки методов химического модифицирования поверхности окисленного графита. Этому способствует высокая концентрация функциональных групп в ОГ.

Интересен один из способов получения графена из оксида графита, о котором рассказали химики из Северо-Западного университета в Эванстоне. Для этого они использовали оксид графита освещаемый вспышкой. Новый способ предлагает нагреть и восстановить графен с помощью «нановзрыва» вспышки длительностью всего несколько микросекунд. Тонкая прозрачная коричневатая пленка оксида графита темнеет и расширяется. Получается пористая «пушистая» структура, состоящая из чешуек графена. Облучать оксид графита можно и сквозь маску, получая таким образом необходимую конфигурацию.

Ученые из Пекинского химико-технологического университета предложили способ создания полых сфер из оксида графита (рисунок 8). Для начала они подвергли графит окислению, затем отшелушивающиеся частички уже оксида графита поместили в водный раствор аммиака. Эту смесь залили в горячее оливковое масло и хорошенько взболтали. Как указывается в описании статьи, далее фазы в полученной эмульсии разделяются, причем масляная фаза содержит сферы оксида графита. Исследователями были получены сферы диаметром 2-10 мкм, с толщиной стенок 1 мкм. Правильность формы полученных сфер зависит от длительности окисления. Разумееется, чем больше это время, тем однороднее получаются сферы. Кроме того, посвечивающая электронная микроскопия показала наличие круглых отверстий диаметром около 1 мкм на всей поверхности сферы. По мнению ученых, это можно использовать в литиевых батареях: пустоты в сферах позволят расширить объем для "хранения" ионов лития, а их мобильность обеспечат те самые отверстия, разбросанные по площади поверхности сфер. Помимо этого, среди применений сфер оксида графита можно назвать суперконденсаторы, "емкости" для катализаторов и лекарственных препаратов. В настоящее время изучаются параметры полученных сфер, возможные методы контроля их толщины и диаметра.

Список использованных источников

  1. О.В. Синицына, Г.Б. Мешков, И.В. Яминский Зондовая микроскопия и нанолитография углеродных материалов, - М., Центр перспективных технологий, 2010
  2. Статья Graphene oxide: Hollow spheres на сайте NPG Asia Materials
  3. В.С.Таланов, Г.Г. Таланова К.Б.Яцимирский Новые серосодержащие производные оксида графита для связывания ионов серебра, - К.:Теоретическая и экспериментальная химия, 1996, Т.32, №4, С.251-254

(*) Мележик А.В., Таланов В.С, Макарова Л.В. и др.// Химия твердого топлива, 1991, №5, С.13-15


Источник:



Комментарии
Отлично, но лучше было в публикации. Спасибо. Пусть будет здесь.
Сергей ВЗ, 25 ноября 2010 22:20 
Оксид графена (графита) часто получают при расширении интеркалированного графита:
Chemical methods for the production of graphenes, Nature Nanotech 4, 217 (2009)
Не совсем понятно:
1) как люминесценция может припадать (пропадать, попадать?),
2) именно ли гидразином ли обрабатывали оксид графита или его производными?
3) "Поверхность высокодисперсного окисленного графита близка по составу и строению к ОГ." Что бралось за репер? "Не высокодисперсный ОГ"?
Сергей ВЗ, 25 ноября 2010 22:46 
> Не совсем понятно

Перевод неточный.
Гидразин - это восстановитель, который используют для дезоксидации (reduction) GO. Интенсивность люминисценции в красном и near-infrared (NIR) спектре уменьшается в ходе обработки GO парами гидразина. Хотя вначале также имеется увеличение интенсивности в голубой и ультрафиолетовой части:

Low-energy fluorescence in the red to NIR region... The emission peak was found to redshift towards NIR while diminishing in intensity with progressive reduction treatment by hydrazine vapour exposure.

GO also exhibits weak blue to ultraviolet fluorescence when excited with ultraviolet radiation... the intensity of as-deposited GO can be greatly increased on short exposure to hydrazine vapour. During reduction, little or no peak shift of the blue fluorescence was observed.

Similarly, recent studies have shown that reduction of GO leads to an enhancement or appearance of blue fluorescence while simultaneously quenching the initial low-energy fluorescence centred at yellow to red wavelengths

См. "Fluorescence in GO and rGO" в статье: http://www.n...-go-and-rgo
Клепа, 25 ноября 2010 23:30 
И все же разница между "оксидом графита" и "оксидом графена" не вполне ясна из статьи, как, например, если есть "двуслойный графен", то это уже - не графен, а графит. По определению, с коими много всегда путанницы.
Клепа, 26 ноября 2010 08:34 
Спасибо, Евгений Алексеевич!
И уж сколько путаницы!
Палии Наталия Алексеевна, 26 ноября 2010 10:43 
И уж сколько путаницы!- хотелось бы спросить Павла Геннадиевича, почему подпись к последнему рис.8 переведена как "Сферы оксида графита" (да и в тексте тоже), в то время как в оригинальной статье "Fig. 1: Scanning electron microscopy image of hollow microspheres self-assembled from graphene oxide."
---
Для начала они подвергли графит окислению, затем отшелушивающиеся частички уже оксида графита поместили в водный раствор аммиака. Эту смесь залили в горячее оливковое масло и хорошенько взболтали. Как указывается в описании статьи, далее фазы в полученной эмульсии разделяются, причем масляная фаза содержит сферы оксида графита.
---

Маньяки Победителей, как известно не судят, и микросферы они всё-таки получили. Только горячий аммиак очень быстро реагирует с жирами, образуя амиды, в данном случае типичные ПАВ-ы, которые и стабилизируют обратную эмульсию. И, видимо, вызывают агрегацию ОГ в сферы.
Но почему они сразу не взяли разных там кокамидов?

А вообще
---
Люминесценция в синем диапазоне может возникнуть при размерах кластера в 1 нм, что соответствует 20-ти углеродным кольцам в кластере.
---

Тут нано плавно перетекает в обычную органику. 20 колец - это ПАУ, или асфальтены. Думаю, про их свойства намного больше написано в нефтехимии.
горячий аммиак очень быстро реагирует с жирами, образуя амиды
Ну, не в водном растворе. Скорее, у них олеат аммония получился (мыло) :)

Тут нано плавно перетекает в обычную органику
а "милый" нетоксичный графен - в канцерогенную полиароматику. .
При чтении данной новости постоянно возникал вопрос: а кто-нибудь мониторил токсичность этих ОГ в процессе всяческих превращений (типа такого)?
Возникающие в ОГ "островки ароматичности" могут дать такой зверский эффект, что бенз(а)пирен нервно курит (шутка юмора).
Александр Борисович, в этой шутке есть только доля шутки. Особо мелкие фракции ОГ вполне могут быть сопоставимы по канцерогенности с бензпиреном. "Крупные" куски должны быть "безопаснее".
Так я в примечании и написал, что GO - не только оксид графена,
но и оксид графита (точнее, наоборот). Путанница в том, что четко
этот термин в принципе пока не определен, хотя предпочтения в
англоязычной литературе именно оксиду графена отдаются, а у
нас... оксиду граФИТа. Ничего Июпак или наносертифика по этому
поводу не говорят, а википедия - народное творчество...
Александр Ринатович,
"шутка" - это каламбур насчет "курит" (бензпирен в том числе определяет канцерогенность табачного дыма). В остальном - серьёзно.
Конечно, "крупные куски" графена должны быть менее опасны, но ведь окисленный графен - это не цельная сопряженная система, а по-сути сумма "мелких кусков" ("островков ароматичности"). Прогнозирование канцерогенных свойств ПАУ пока на зачаточном уровне (см. предыдущую ссылку), можно с ОГ такого наварить, что мало не покажется :)
Клюев Павел Геннадиевич, 26 ноября 2010 14:45 
[I]Не совсем понятно:
1) как люминесценция может припадать (пропадать, попадать?),[/I]


Я такое написал? наверное это из-за украинского, слова путаешь постоянно


2) именно ли гидразином ли обрабатывали оксид графита или его производными?

парами гидразина, как заметил Сергей ВЗ. спасибо за замеченную неточность!

Клюев Павел Геннадиевич, 26 ноября 2010 14:56 
"Поверхность высокодисперсного окисленного графита близка по составу и строению к ОГ." Что бралось за репер? "Не высокодисперсный ОГ"?

насчет этого информацию можно почерпнуть в (*) смотрите в списке литературы. я в электронном варианте ее не нашел. может быть есть еще где-то в бумажном
Клепа, 26 ноября 2010 18:39 
Посмотрите здесь.
Но в основном называют "оксидом графена" то, что получают из окисленного графита.
Александр Борисович, пытался постичь ту статью про полиароматику. Не понял. Глянул ещё и снова не понял.
У них практически одни и те же цифры по расчётам соответствуют и очень канцерогенному веществу и не канцерогенному вообще.

Про курящий бензпирен -
Сергей ВЗ, 26 ноября 2010 23:42 
>Щербаков А.Б.: "...а "милый" нетоксичный графен - в канцерогенную полиароматику"

>Набиуллин А.Р.: "Особо мелкие фракции ОГ вполне могут быть сопоставимы по канцерогенности с бензпиреном"

Кстати, это одна из причин по которой расширенный графит не следует применять в питьевых фильтрах (по кр.мере, без всесторонних исследований на канцерогенность и вымывание наночастиц). В том числе и УСВР Петрика - которая, несмотря на применение нестандартного интеркалянта (хлорного ангидрида Cl2O7 с некими "ингибиторами" вместо смеси серной и азотной кислот и т.д.), содержит 3.5—11.5% кислорода (по массе; 2.6—9% по числу атомов) и 0.2—0.7% хлора (0.1—0.25% по числу атомов), как было установлено в отчете РАН по исследованию структуры УСВР: http://forum...6693#p43845
Глянул ещё и снова не понял
Александр Ринатович, я же говорю - темна вода во облацех :)
Авторы пытались увязать канцерогенную активность с энергией ВЗМО. Мы это проходили лет ...цать назад, коррелировали с потенциалом ионизации органики (если правильно помню, максимум находился где-то в районе 6.9-7.1 эВ). Но в биологии всё не так линейно...
Смысл один (согласен с Сергеем ВЗ) - любые графеновые обломки и (особенно) его производные - потенциально канцерогенные вещества. И "обезьяньим тыком" можно получить что-то ещё более неприятное.
PS впрочем, химиков это никогда не останавливало :)
Клепа, 27 ноября 2010 11:18 
Да уж, и ученый-биохимик Айзек Азимов писал в одной из своих повестей: «Химия — это смерть, упакованная в банки и коробки».
Но всё же, что входит в понятие и в чем разница "графен", "графен, полученный chemical exfoliation", "окись графита" и "окись графена"?
Конечно, расширенный графит это Sacra Bos, но сколько же публикаций о его "полезности"!
В связи с наличием в оксиде графита макроскопических концентраций разрывов и топологических дефектов, и к тому же часто упускаемым из виду побочным реакциям окисления при его получении с образованием низкомолекулярных уходящих в раствор продуктов CO2 и меллитовой кислоты C6(COOH)6, а возможно, и других - любые способы обратного превращения оксида графита в графеновые листы с помощью восстановительных реакций дадут продукт на несколько порядков более дефектный, чем получаемый отслоением с монокристаллов пирографита или труднодостижимым химическим наращиванием моноатомных слоев углерода на относительно инертных к нему подложках в специально подобранных условиях, обеспечивающих преимущественное осаждение CVD-прекурсора на дефекты по сравнению с краями зародышевых графеновых листов с самозаживлением дефектов в процессе роста листов. Поскольку при окислении графитного слоя или графенового листа произошли разрывы листов с утратой части атомов углерода, при обратном превращении в листе неизбежно возникнут неплотности в диапазоне от групповых дефектов Стона-Валеса типа (777555) и графиноподобных фрагментов (с линейными вставками sp-C четных длин в составе слоя) до макроскопических дыр. Если учесть, что электронные свойства графена как бесщелевого полупроводника чрезвычайно чувствительны к дефектам его атомной структуры, подобный путь получения графеновых нанотехнологических изделий не может иметь никакого практического смысла. В целом возникает впечатление, что значительная часть вала работ по графену - это просто информационный шум халтурщиков, которые просто начали называть тонкие графитные плёнки модным словом "графен" - вот и всё, в полной аналогии с эпидемией переименования обычных мелких порошков в наночастицы и нанопорошки в начале 2000-х годов. Действительно же перспективные направления, позволяющие получать качественные целевые наноматериалы и наноизделия с атомной точностью - например, супрамолекулярная химия - при всех этих ажиотажах модных тем остаются очень малолюдными, в России - в особенности.
Владимир Владимирович, 30 ноября 2010 00:13 
Действительно же перспективные направления, позволяющие получать качественные целевые наноматериалы и наноизделия с атомной точностью - например, супрамолекулярная химия - при всех этих ажиотажах модных тем остаются очень малолюдными, в России - в особенности.

Очень-очень верно!
На химфаке МГУ есть минимум 3 группы, которые хорошо публикуются, занимающиеся супрамолекулярной химией. Мало, конечно, но хоть что - то. В ИФХЭ, в ИНЭОСе есть также, по другим городам, видел, есть... Так что это достаточно многолюдно в России, но ...
Владимир Владимирович, 01 декабря 2010 08:56 
Замечательно, что многолюдно в России - получается просто недоосвещенность на Нанометре (ведь "нано" всего лишь приставка)
Палии Наталия Алексеевна, 01 декабря 2010 19:35 
получается просто недоосвещенность на Нанометре - не совсем так - 07.11. была публикация "Супрамолекулярные системы - мост между неживой и живой материей" по материалам лекции академика А.И. Коновалова в МГУ.
А вот TOP CITED в области химии и в области Наук о материалах существенно различаются, в последней превалируют статьи по графену и его производным
полезная информация, конечно с учетом всех выше стоящих замечаний

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Праздничная Наноразноцветность
Праздничная Наноразноцветность

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Заочный тур по комплексу предметов наноолимпиады открыт
Опубликованы задания заочного тура для школьников 7 - 11 классов по комплексу предметов "химия, физика, математика, биология" XIV Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!".

Успехи химии - самый цитируемый российский научный журнал
Успехи химии - самый цитируемый российский научный журнал по данным Journal Citation Reports за 2018 г., импакт - фактор 4.612, пятилетний 4.263, квартиль Q1.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.