¿Cómo se dispersa uniformemente el grafeno único en el agua?

Generalmente, el grafeno y el agua no se mezclan bien. Cuando el grafeno está en el agua, aparecen "enlaces colgantes" (los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua apuntan a la superficie del grafeno) y las moléculas de agua cercanas al grafeno no pueden formar más de tres. Enlaces de hidrógeno, mientras que el agua pura tiene un promedio de 3,6 enlaces de hidrógeno por molécula de agua. Por lo tanto, el grafeno y los hidrocarburos no polares pueden destruir los enlaces de hidrógeno en el agua para provocar interacciones hidrófobas, lo que dificulta la disolución del grafeno en el agua. Además, el grafeno promueve la nucleación de nanoburbujas disueltas en agua sobre la superficie del grafeno, lo que también exacerba la aglomeración y precipitación del grafeno. El compuesto de intercalación de grafito se puede eliminar en una sola capa de grafeno en un disolvente aprótico para producir una solución de grafeno negativo termodinámicamente estable. El grafeno cargado negativamente es un agente reductor fuerte, mientras que los disolventes orgánicos son sensibles al aire y la humedad. Recientemente, George et al. (DOI: 10.1038 / NCHEM.2669) logró una distribución uniforme de láminas de grafeno de una sola capa en el agua de eliminación de agua. Esta solución acuosa de grafeno es estable al aire y no requiere la adición de un tensioactivo.

Disolver grafito potásico en tetrahidrofurano THF en una atmósfera inerte para formar una sola capa de poliión de grafeno cargado negativamente y luego oxidar los iones de grafeno cargados negativamente en grafeno por exposición al aire en THF y luego transferir rápidamente a agua desgasificada. al aire forma cationes de peróxido y grafeno neutro. En condiciones experimentales normales, la adsorción de gases disueltos en agua en la superficie del grafeno da como resultado una atracción de largo alcance entre individuos dispersos, lo que promueve la aglomeración. Por el contrario, si el agua se desgasifica, los iones de agua se han adsorbido en la superficie del grafeno. Esta adsorción hace que la capa de grafeno disperso tenga cierta carga y la repulsión electrostática puede estabilizar el estado de dispersión de la hoja de grafeno. En general, en agua desgasificada, la reagregación de grafeno en agua desgasificada se ralentiza drásticamente debido a la baja atracción de la difusión entre las láminas de grafeno y la estabilidad de la repulsión electrostática. Debido a la oxidación y la descomposición del agua del grafeno cargado negativamente, los iones OH-- se adsorben espontáneamente en la superficie del grafeno y el grafeno se carga en el agua. Cuando dos grafenos se encuentran, causan repulsión. Por lo tanto, el grafeno se puede dispersar eficazmente en agua a una concentración de 0,16 g / L y se puede almacenar de forma estable durante varios meses.

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