Оксид графита (ОГ) – это графит, в котором часть атомов углерода окислена. При этом образовались различные функциональные группы, содержащие кислород (см. рис. 1а,б) Состав ОГ можно выразить брутто-формулой СОXНY, где X и Y различаются при различных способах окисления. В последние годы ОГ оказался в центре внимания, поскольку он может служить прекурсором графена. От решетки ОГ при растворении в особых условиях можно отделить одну плоскость (получится оксид графена), а затем её восстановить (получится графен).
Рис. 1. а) Структура графита. Оксид графита устроена точно также, только плоскости раздвинуты (~12 A, вместо 6,69 А), и часть атомов углерода окислена; б) Плоскость в структуре оксида графита. Видны функциональные группы. Абсолютное и относительное количество функциональных групп зависит от способа окисления!
Рис. 2. Плоскость в структуре оксида графита; (а) модель Хоффмана; (б) модель Лерфа-Клиновски.
Рис. 3. Внедрение молекул воды между плоскостями ОГ в модели Лерфа-Клиновски.
- Попробуйте догадаться, какие свойства ОГ делают его более удобным прекурсором графена, чем сам графит? Что на ваш взгляд может быть главным недостатком ОГ как прекурсора? (2 балла)
- На рисунке 2а приведена простейшая модель плоскости ОГ (модель Хоффмана). Предполагается, что в результате окисления образуется единственная функциональная группа – (-О-). Рассчитайте Х в формуле СОХ , если 25% атомов углерода в ОГ сохранили sp2 гибридизацию. Чему равно максимальное Х для модели Хоффмана? (2 балла)
- На рис. 2б изображена современная модель плоскости ОГ (модель Лерфа-Клиновски). Здесь в результате окисления образуются четыре типа функциональных групп. Назовите их. (1 балл)
- Пусть ОГ выглядит так, как предсказывает модель Лерфа - Клиновски (см. рис.2б). Брутто-формула образца СН0.22О0.46 . Оцените, какой процент атомов углерода мог остаться не окисленным? Дайте оценку сверху и снизу. (Учитывать только атомы С в шестиугольниках!) (2 балла)
- Важнейшее свойство ОГ – способность адсорбировать воду между плоскостями. Это происходит за счет образования водородных связей с атомами функциональных групп, как показано на рис. 3. Пусть образец ОГ имеет формулу СН0.22О0.46 Какое максимальное количество молекул воды может быть адсорбировано в расчете на один атом углерода? Как можно записать формулу подобного гидрата? Используйте модель Лерфа-Клиновски. (2 балла)
