Síntesis de grafeno derivado químicamente mediante la reducción química de óxido de grafeno

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 grafito y 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, variando la concentración de peróxido de hidrógeno, que es el paso final en el proceso de oxidación; y la reducción química de óxido de grafito y óxido de grafeno mediante los agentes reductores monohidrato de hidracina y ácido ascórbico levógiro , éste último empleado para verificar su eficacia en el proceso de reducción con respecto a la hidracina que es el agente comúnmente utilizado en el proceso, pero que es altamente tóxico. 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. De acuerdo con los resultados obtenidos en la caracterización, se encuentra que para el proceso de oxidación, aunque el peróxido de hidrógeno no juega un papel significativo como agente oxidante, sí favorece la exfoliación del material de óxido de grafito. En cuanto a los proceso de reducción, se encuentra que los materiales de óxido de grafeno reducidos mediante los dos agentes reductores presentan características similares, y poseen una mayor eliminación de las funcionalidades oxigenadas introducidas durante la oxidación, con respecto a la reducción de materiales de óxido de grafito. Sin embargo, una ventaja importante de utilizar ácido ascórbico como agente reductor es que el grafeno derivado químicamente es altamente estable en agua, hasta por doce días después de la reducción, aspecto que favorece la deposición del material para aplicaciones específicas."

"The aim of the present thesis project is the comprehensive study in the chemically derived graphene obtention, by the chemical reduction of graphite and graphene oxides. This is one of the most promising techniques used nowadays, because it allows the high scale material obtention at low cost, where the quality of the obtained graphene depends on the optimal conditions of the oxidation and reduction processes, which has been evaluated in this work. The experimental section is divided in two parts: the graphite oxide synthesis by the improved Hummers method with different hydrogen peroxide concentraitons, which is used in the final step of the oxidation process; and the chemical reduction of graphite and graphene oxides by hydrazine monohydrate and L-ascorbic acid, the latter used to verify its effectiveness in the reduction process with respect to hydrazine, which is the commonly employed agent, though it is highly toxic. The effectivity in the oxidation and reduction processes was determined by basic spectroscopy and microscopy characterization techniques, as well as x-ray diffraction. According to the obtained results with the characterization techniques, in the oxidation process it was found that even though the hydrogen peroxide does not play an important role as oxidant agent, it favors the exfoliation of graphite oxide materials. Regarding to the reduction process, it was found that the graphene oxide materials reduced with both reducing agents, own highly similar characteristics, and also they present a better elimination of the oxygen functionalities introduced during the oxidation. However, an important advantage in the use of ascorbic acid over hydrazine is that the chemically derived graphene is highly stable in water, up to twelve days after the reduction, aspect that favours the material deposition for specific applications."