В Казани химики КФУ изучили оксид графена с помощью инфракрасной спектроскопии

Учёные из Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета расшифровали инфракрасный спектр оксида графена. Это открытие поможет учёным правильно интерпретировать свойства одного из самых перспективных наноматериалов современности.

Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon. Работа выполнена в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда.

Оксид графена — это наноматериал, состоящий из углерода, кислорода и водорода. Он представляет собой двумерные листы графена с присоединёнными к атомам углерода кислородсодержащими группами.

Оксид графена заинтересовал учёных ещё в первой половине ХХ века. После открытия проводящих свойств графена в 2006 году, оксид графена стал особенно популярным. Сегодня это один из самых изучаемых материалов. Его используют в разных областях: от селективных мембран до электродов химических источников энергии, от наполнителя полимерных композитов до тераностики.

Оксид графена в растворах разделяется на отдельные листы толщиной в один атом. Это позволяет модифицировать его и добавлять в полимеры, изменяя их свойства: реологические, проводящие, оптические и другие. Из оксида графена также можно получить графен.

Руководитель проекта «Новые подходы к расшифровке строения и химических свойств оксида графена» Айрат Димиев отметил, что многие фундаментальные вопросы о химической структуре оксида графена остаются нерешёнными.

Он подчеркнул, что очень важно охарактеризовать и стандартизировать этот материал.

Один из популярных способов охарактеризовать вещество — инфракрасная спектроскопия. Первый инфракрасный спектр оксида графена был опубликован в 1955 году, но до сих пор не расшифрован до конца. В частности, неизвестно положение полос поглощения, связанных с основными кислородными группами оксида графена, эпоксидами и третичными спиртами. Из-за этого часто неправильно интерпретируют спектры. Интересно, что даже те полосы поглощения, которые раньше однозначно относили к определённым группам, сегодня часто интерпретируют неверно.

Химики КФУ синтезировали и изучили несколько десятков модифицированных образцов оксида графена.

Оксид графена был модифицирован с помощью щелочных реагентов, аминов и бромисто-водородной кислоты. Также были подготовлены частично окисленные образцы оксида графена.

А. Димиев рассказал, что он заинтересовался этим материалом ещё в 2010 году, когда впервые синтезировал его в лаборатории профессора Джеймса Тура в Университете Райса (США). Тогда же он заметил необычные свойства этого материала и обратил внимание на то, что в литературе встречаются нелогичные интерпретации свойств оксида графена и ошибки в экспериментальных данных.

Учёный КФУ отметил, что водные дисперсии оксида графена обладают рядом уникальных свойств. Реологические свойства этих систем зависят от концентрации оксида графена.

По словам Айрата Димиева, кислотные свойства и катионообменная ёмкость водных растворов оксида графена аномально высоки, и их нельзя объяснить с точки зрения общепризнанной структурной модели. Также оксид графена не вступает в обычные реакции с имеющимися у него функциональными группами.

Учёный сообщил, что расшифрованные инфракрасные спектры записал Артур Ханнанов, а ЯМР-спектры — Айдар Рахматуллин.

Это открытие поможет учёным правильно интерпретировать результаты экспериментов и лучше понять химическую структуру одного из самых перспективных наноматериалов современности.

Иллюстрация: нейросеть

20.08.2024