Оксид графена

Окси́д графе́на, двумерный материал, состоящий из атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решётку с присоединёнными кислородсодержащими функциональными группами, такими как эпоксидные, гидроксильные и карбоксильные группы. Структура и свойства оксида графена зависят от метода получения и степени окисленности, т. е. от соотношения C:O, которое варьируется в основном в пределах от 2 до 4.

Оксид графена в отличие от графена является диэлектриком, обладает флуоресценцией в ближней, видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях и имеет более высокую химическую активность. Характеризуется высокой сорбционной ёмкостью, является гидрофильным материалом и способен образовывать устойчивые дисперсии в воде и органических растворителях.

Впервые оксид графена был получен в 1859 г. английским химиком Б. Броди в результате нагревания пластинчатого графита в смеси хлората калия (KClO₃ ) и дымящей азотной кислоты (HNO₃ ) при 60 °C в течение 4 дней. Метод Штауденмайера представляет собой доработанный метод Броди, в котором используется хлорат калия, концентрированные азотная (HNO₃ ) и серная (H₂ SO₄ ) кислоты.

Наиболее распространённым способом получения оксида графена является метод Хаммерса, согласно которому графит подвергается окислению смесью перманганата калия (KMnO₄ ), нитрата натрия (NaNO₃ ) и концентрированной серной кислоты. Широкое применение находят модификации метода Хаммерса, включая метод Тура, отличие которого состоит в исключении нитрата натрия и использовании смеси серной и ортофосфорной (H₃ PO₄ ) кислот.

Оксид графена подвергают восстановлению химическими и физическими (термическими) способами для уменьшения в нём содержания кислорода с получением восстановленного оксида графена. Восстановленный оксид графена обладает дефектами и несовершенствами структуры, однако управляемая функциональность и высокая электро- и теплопроводность получаемого продукта, недорогой и масштабируемый процесс производства (по сравнению с получением графена методом химического газофазного осаждения) делают восстановленный оксида графена самостоятельным материалом.

Оксид графена имеет потенциал использования в наноэлектронике, элементах солнечных батарей, в производстве катализаторов, адсорбентов и строительных материалов, в текстильной промышленности, а также в биомедицине.