Conceitos básicos e estrutura
Óxido de grafeno de camada única Pode ser entendido como um material bidimensional obtido pela esfoliação de grafite tratado com oxidantes fortes. Ele introduz abundantes grupos funcionais contendo oxigênio (como grupos hidroxila, epóxi e carboxila) na estrutura de carbono do grafeno. Esses grupos interrompem a estrutura condutora conjugada original, mas conferem extrema hidrofilicidade, permitindo fácil dispersão em água ou solventes polares, o que facilita o processamento subsequente e a modificação funcional.
Principais características e aplicações
Suas características estão intimamente relacionadas às aplicações, conforme segue:
1. Alta área superficial específica e atividade superficial
Características: A estrutura em camadas confere-lhe uma enorme área de superfície específica, e a superfície é rica em grupos funcionais reativos contendo oxigênio.
Aplicação: É uma excelentematerial do eletrodosubstrato ou aditivo. Em baterias de lítio ou supercapacitores, pode fornecer mais sítios ativos, o que é favorável à rápida adsorção e transporte de íons, melhorando assim o desempenho em altas taxas de carga/descarga e a capacidade.
2. Excelente processabilidade da solução
Características: Fácil de desprender em água ou solventes polares, formando uma dispersão estável e uniforme (ex: dispersão de óxido de grafeno).
Aplicação: Pode ser usado como tinta artificial para preparar diversos filmes finos funcionais (como filmes termicamente condutores, revestimentos condutores flexíveis) ou para ser incorporado uniformemente a outros materiais por meio de processos úmidos.
3. Fácil de funcionalizar e modificar.
Característica: Os grupos funcionais na superfície podem atuar como pontos de ancoragem para reações químicas, permitindo a enxertia de outras moléculas ou polímeros por meio de ligações covalentes ou não covalentes.
Aplicação: Personalizável para conferir propriedades específicas aos materiais, como melhorar a compatibilidade com polímeros, introduzir propriedades magnéticas ou ópticas, para materiais compósitos de alto desempenho, biossensores ou sistemas de liberação de fármacos.
4. Pode ser usado como precursor para a preparação de grafeno.
Características: Por meio de redução química, redução térmica e outros métodos, os grupos funcionais contendo oxigênio podem ser parcial ou completamente removidos, a condutividade pode ser restaurada e o óxido de grafeno reduzido pode ser obtido.
Aplicação: Esta é atualmente uma das principais rotas para a preparação em larga escala de materiais de grafeno, e os produtos resultantes são amplamente utilizados em áreas como tintas condutoras, blindagem eletromagnética e revestimentos antiestáticos.
Métodos de preparação, vantagens e desvantagens
Método de preparação mais comum: Atualmente, o método mais utilizado é o método de Hummers aprimorado e seus métodos derivados, que tratam as matérias-primas de grafite com oxidantes como ácido sulfúrico e permanganato de potássio, obtendo-as posteriormente por meio de descascamento, limpeza e secagem.
Principais vantagens: boa processabilidade, custo mais baixo em comparação com o grafeno puro, fácil de modificar e compor, dispersão estável.
Principais desvantagens: O processo de oxidação introduz um grande número de defeitos, resultando em condutividade e propriedades mecânicas significativamente inferiores em comparação com o grafeno perfeito; Controle da consistência do produtoA qualidade da estrutura, como o tamanho da camada e o grau de oxidação, é um desafio na indústria.
Principais aplicações de baterias
A aplicação deste produto no setor de baterias se reflete principalmente nos três aspectos seguintes:
Carga e descarga eficientes: Como material de eletrodo, sua alta área superficial específica e excelente condutividade podem aumentar a velocidade de transmissão de íons de lítio e elétrons.
Melhora o desempenho da bateria: Quando usado como material anódico ou catódico para supercapacitores, pode prolongar a vida útil da bateria e melhorar a densidade de energia e potência.
Aditivo para eletrólito: Adicionado na forma de nanocompósitos, pode melhorar a capacidade da bateria, o desempenho de ciclagem e a segurança.
Materiais compósitos multifuncionais: fáceis de modificar, podem ser combinados com outros materiais e conferem aos compósitos propriedades como condutividade, condutividade térmica e reforço.
