Расшифрован инфракрасный спектр оксида графена
Оксид графена – это наноматериал на основе углерода, кислорода и водорода. Он представляет собой двумерные листы графена с присоединенными к атомам углерода кислородсодержащими функциональными группами – эпоксидными, гидроксильными, карбоксильными и другими.
«Оксид графена приковывает внимание исследователей, начиная с первой половины ХХ века. Именно тогда началась активная работа по изучению структуры и химических свойств этого материала, – говорит первый автор статьи, старший научный сотрудник НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» Химического института КФУ Василий Брусько. – После открытия уникальных проводящих свойств графена в 2006 году началась новая золотая эра в области оксида графена. Сегодня он является одним из наиболее изучаемых материалов последнего десятилетия».
В водных растворах оксид графена способен расслаиваться на отдельные листы толщиной всего в один атом.
«Это дает неограниченные возможности для его модификации и внедрения в полимерные матрицы, – поясняет он. – При этом происходит структурирование полимера с приобретением последним ряда интересных свойств: реологических, проводящих, оптических и других. Также из оксида графена можно получить графен».
Как сообщил руководитель проекта «Новые подходы к расшифровке строения и химических свойств оксида графена», ведущий научный сотрудник НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» Айрат Димиев сегодня остаются нерешенными многие фундаментальные вопросы, связанные с химической структурой оксида графена.
«В частности, важнейшим вопросом является характеризация и стандартизация этого материала, – подчеркнул он. – Один из популярных способов характеризации – инфракрасная спектроскопия. Несмотря на то что первый инфракрасный спектр оксида графена был опубликован еще в 1955 году, на сегодняшний день он не до конца расшифрован. В частности, нет понимания, где находятся полосы поглощения, связанные с основными кислородными группами оксида графена, эпоксидами и третичными спиртами. Это приводит к массовой неверной интерпретации спектров. Интересно, что даже те полосы поглощения, которые были ранее однозначно и убедительно отнесены к определенным группам, сегодня массово интерпретируются неверно».
В ходе исследования химиками КФУ было синтезировано несколько десятков модифицированных образцов оксида графена и записаны их инфракрасные спектры. Образцы оксида графена были модифицированы щелочными реагентами, аминами и бромисто-водородной кислотой. Также были подготовлены частично окисленные образцы оксида графена.
«Я влюбился в этот материал еще в 2010 году, когда в первый раз синтезировал его в лаборатории профессора Джеймса Тура в Университете Райса (США), тогда же я обратил внимание на его очень интересные и труднообъяснимые с точки зрения химика свойства и на то, что литература пестрит нелогичными с точки зрения химии интерпретациями свойств оксида графена и прямыми ошибками в интерпретации экспериментальных данных», – поделился А. Димиев.
Рядом уникальных свойств, по словам ученого КФУ, обладают водные дисперсии оксида графена, реологические свойства которых зависят от его концентрации.
«Данные системы невозможно однозначно отнести ни к одному классическому типу жидких систем. Водные растворы оксида графена проявляют аномально высокие кислотные свойства и катионообменную емкость, которые невозможно объяснить с точки зрения общепризнанной структурной модели. Вдобавок с оксидом графена не протекают общеизвестные реакции, таргетирующие имеющиеся в нем функциональные группы», – проинформировал Айрат Маратович.
Ученый сообщил, что расшифрованные инфракрасные спектры были записаны доцентом кафедры неорганической химии Химического института КФУ Артуром Ханнановым, а ЯМР-спектры, полученные для независимого подтверждения изменений в структуре оксида графена, – выпускником и бывшим сотрудником Казанского университета Айдаром Рахматуллиным.
Сделанное научное открытие, уверен руководитель проекта, поможет ученым всего мира правильно интерпретировать получаемые экспериментальные результаты, а также лучше понять тонкую химическую структуру одного из самых перспективных наноматериалов современности.
Источник: КФУ