Ny giftfri metod för framställning av grafenoxid av hög kvalitet

Forskare från Umeå har hittat ett nytt sätt att syntetisera grafenoxid med betydligt färre defekter jämfört med den vanligaste metoden. Tidigare kunde likvärdig grafenoxid endast framställas med en farlig metod som involverar extremt giftig rykande salpetersyra.

Grafenoxid används ofta för att framställa grafen genom att avlägsna syre. Men om det finns hål i grafenoxiden kommer det att finnas hål även efter att den omvandlats till grafen. Därför är kvaliteten på grafenoxiden mycket viktig. Alexandr Talyzin och hans forskargrupp vid Umeå universitet har nu knäckt gåtan kring hur man på ett säkert sätt kan framställa bra grafenoxid. Deras resultat publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Carbon.

Grafen beskrivs ofta som ett "mirakelmaterial" tack vare sin flexibilitet, mekaniska styrka och ledningsförmåga. Men alla egenskaper hos grafen påverkas av defekter. Grafen som framställs från grafenoxid har mycket sämre mekaniska egenskaper och ledningsförmåga än förväntat.

För farligt att producera kommersiellt

Många studier har visat att framställning med den vanligaste metoden, Hummers metod, alltid resulterar i ett betydande antal defekter. Den mycket äldre Brodie-metoden ger nästan helt hålfri grafenoxid men den typen av grafenoxid finns ännu inte i kommersiell produktion.

– Det är helt enkelt för farligt och inte lämpligt för industriell tillverkning, säger Alexandr Talyzin.

Nu har forskare från Umeå hittat en ny metod som kombinerar syran från Hummersmetoden (H2SO4) och oxidationsmedlet från Brodiemetoden (kaliumklorat), vilket gör det möjligt att framställa grafenoxid med lika få defekter som med Brodiemetoden, men med en syntesmetod som är lika enkel som Hummers oxidation.

– Den här metoden bör få namnet Gurzeda-metoden efter Bartosz Gurzeda, en forskare som arbetar i min grupp med finansiering från Kempe, säger Alexandr Talyzin.

Kan användas för vattenrening

Enligt Alexandr Talyzin finns det all anledning att tro att Gurzeda-metoden kommer att bli lika populär som Hummers oxidation när man behöver defektfri grafenoxid. Det kan handla om att tillverka grafen genom att ta bort syre eller att framställa beläggningar som skyddar mot gaser, halvgenomsläppliga membran, sensorer och många andra möjliga tillämpningar.

Under det senaste decenniet har det också uppstått ett stort intresse för tillämpningar av själva grafenoxiden. Skiktade grafenoxidmaterial studeras intensivt för membrantillämpningar, med drömmen om att producera drickbart vatten genom enkel filtrering av salter från havsvatten eller skapa halvgenomsläppliga skyddande beläggningar som låter vatten passera samtidigt som farliga organiska föroreningar, såsom toluen, hålls borta.

– Vi vill att forskarsamhället ska testa den nya grafenoxiden i sina tillämpningar och se skillnaden. Grafenoxid är inte ett material; det är en familj av material med ganska olika egenskaper, vilket ger oss oändliga möjligheter till nya tillämpningar, säger Alexandr Talyzin.

Om den vetenskapliga studien

Bartosz Gurzęda, Nicolas Boulanger, Mads R.V. Jørgensen, Innokenty Kantor, Alexandr V. Talyzin. Graphite oxide by “chlorate route” oxidation without HNO3: Does acid matter? Carbon, 2024, vol 221. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118899

För mer information vänligen kontakta:

Alexandr Talyzin, professor vid Institutionen för fysik, Umeå universitet
Telefon: 090-786 63 20
E-post: alexandr.talyzin@umu.se

Läs mer om Alexandr Talyzins forskargrupp