“Síntesis y caracterización de óxido de grafeno reducido y dopado con N mediante un proceso solvotérmico”

Abstract

"El objetivo principal de este proyecto de tesis es el estudio de la obtención de grafeno derivado químicamente, mediante la reducción química de óxido de grafeno. Esta técnica es una de las más prometedoras empleadas en la actualidad, ya que permite la obtención de material a gran escala y a un bajo costo, donde la calidad del grafeno obtenido es dependiente de las condiciones óptimas de oxidación y reducción, mismas que han sido evaluadas en este trabajo. La sección experimental se divide en dos partes: la síntesis de óxido de grafito mediante el método de Hummers mejorado reportado por Tour y colaboradores; y la reducción química de óxido de grafeno mediante un proceso solvotermico utilizando una mezcla de H2O / DMF (3:1) para aprovechar la excelente solubilidad que presenta el GO sintetizado y las propiedades reductoras que presenta el H2O supercrítica, así como, las propiedades reductoras de la DMF a altas temperaturas. Además de generar un dopaje de N, utilizando a la DMF como fuente de este. La efectividad en los procesos de oxidación y reducción se determinó caracterizando los materiales sintetizados mediante técnicas básicas de espectroscopía y microscopía, así como difracción de rayos x. También, se realizó la medición de la conductividad de los materiales obtenidos para corroborar una reestructuración de la red grafítica en el óxido de grafeno reducido obtenido. De acuerdo con los resultados obtenidos en la caracterización, se encuentra una reducción parcial efectiva y un dopaje de nitrógeno > 5%. Además, el material obtenido se encuentra definido como material mesoporoso en base a lo establecido por la IUPAC. La red grafítica fue reestructurada, pasando de un GO aislante a un material rGO semiconductor. En base a los resultados, este material puede ser ocupado en aplicaciones electrónicas como: almacenamiento de energía y fabricación de electrodos para supercapacitores."

"The main objective of this thesis project is the study of the production of chemically derived graphene by the chemical reduction of graphene oxide. This technique is one of the most promising today, since it allows the production of large scale and low cost material, where the quality of the graphene obtained is dependent on the optimum conditions of oxidation and reduction, which have been evaluated in this work. The experimental section is divided into two parts: the graphite oxide synthesis by the improved Hummers method reported by Tour et al. And the chemical reduction of graphene oxide by a solvothermal process using a mixture of H2O/DMF (3:1) to take advantage of the excellent solubility of the synthesized GO and the reducing properties of the supercritical H2O, as well as reducing properties of DMF at high temperatures. In addition to generating a doping of N, using the DMF as a source of this. The effectiveness in the oxidation and reduction processes was determined by characterizing the materials synthesized by basic techniques of spectroscopy and microscopy, as well as x-ray diffraction. Also, the conductivity of the obtained materials was verified to corroborate a restructuring of the graphite network in the reduced graphene oxide obtained. According to the results obtained in the characterization, there is an effective partial reduction and a nitrogen doping> 5%. In addition, the material obtained is defined as mesoporous material based on what is established by IUPAC. The graphite network was restructured, going from an insulating GO to a semiconductor rGO material. Based on the results, this material can be occupied in electronic applications such as: energy storage and manufacture of electrodes for supercapacitors."