Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

OBTAINING AND PROPERTIES OF FUNCTIONALIZED GRAPHENE OXIDE Y. V. Ioni, S. P. Gubin Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia Abstract The study is devoted to the possibility of surface modifying of graphene oxide with organic functional groups and/or metal nanoparticles. The presence of many oxygen-containing groups makes it possible to conduct surface methylation as well as allows them to be the centers of crystallization for metal clusters and nanoparticles. The obtained substances are characterized by different physicochemical analysis methods such as elemental analysis, x-ray diffractive analysis, IR spectroscopy and electron microscopy. Keywords : graphene, graphene oxide, modification, nanoparticles. Среди существующих наноразмерных форм углеродных материалов выдающееся место занимает оксид графена (ОГ), который известен, прежде всего, как прекурсор для химического способа получения графена [1]. Однако наряду с его восстановлением существует огромное количество как потенциальных, так и уже используемых способов применения: в качестве носителя для катализатора, как составная часть полимерных композитов, основа для фотосенсоров и суперконденсаторов, в биомедицине и т. д. [2]. При этом ОГ является гидрофильным веществом и легко диспергируется в воде, образуя сверхстабильные коллоидные системы. Хотя ОГ был впервые получен еще в середине XX в., его точная химическая структура все еще неоднозначна и сильно зависит от способа получения. Обобщенно он представляет собой протяженную ароматическую систему атомов углерода, которая покрыта различными кислородсодержащими группами (гидроксильными, карбонильными, оксигруппами). В своей работе мы смогли реализовать различные способы модификации ОГ как функциональными группами, так и наночастицами различного состава. Полученные вещества были охарактеризованы комплексом методов физико-химического анализа. Используемый в работе ОГ получали по модифицированному методу Хаммерса [3] путем последовательного окисления природного графита с дальнейшей обработкой ультразвуком для получения устойчивой дисперсии в воде. Для получения твердого продукта ОГ осаждали центрифугированием и сушили при температуре 50 °С. Согласно данным РФА, продукт реакции содержит единственную фазу оксида графита, для которой угол 20 = 11,5 °. Далее полученный порошок ОГ функционализировали путем двухстадийного метилирования его поверхности при взаимодействии с триметилортоформиатом и метилиодидом (рис. 1). Полученный продукт представляет собой ОГ с поверхностью, закрытой группами О-СН з . Согласно данным элементного анализа, в исходном ОГ 58 % С, 1,5 % Н и 39 % О; после модификации — 70 % С, 1,8 % Н и 26,5 % О. Согласно данным ИК-спектроскопии, в модифицированном ОГ по сравнению с исходным веществом появляются: интенсивный пик в области 2900 см -1 , что соответствует валентным колебаниям связей С-Н в СН з -группах; полоса в области 2850 см -1 , соответствующая валентным колебаниям связей С-Н в присоединенных к гетероатомам кислорода метильных группах; полоса средней интенсивности в области 1458 см -1 , соответствующая антисимметричным деформационным колебаниям связей С-Н в группах СН 3 ; полосы в области 1023-1155 см -1 , относящиеся к валентным колебаниям связей С-О-С в эпоксигруппах. Рис. 1. Схема метилирования оксида графена Далее метилированный ОГ использовали как платформу для нанесения наночастиц родия на его поверхность путем восстановления хлорида родия при помощи NaBH 4 . Также наночастицы Rh 85