Gå direkt till innehåll
Nya rön om strukturen hos grafitoxider i alkoholer

Pressmeddelande -

Nya rön om strukturen hos grafitoxider i alkoholer

Nästan alla material krymper när de kyls ned, men grafitoxid expanderar överraskande nog vid kylning i metanol eller etanol. Dessutom absorberar grafitoxid selektivt metanol från vatten-metanolblandningar. Två nya studier av fysiker vid Umeå universitet publicerade i tidskrifterna ACS Nano och Journal of Physical Chemistry C presenterar nya egenskaper hos oxiderad grafit och grafen.

Grafen är en tunn film av kol, bara en atom tjock. Det är ett unikt adsorberande material på grund av sin extremt stora yta. Ett gram grafen har en yta jämförbar med en fotbollsplan. Denna yta skulle vara perfekt för adsorption av gaser och vätskor, i tillämpningar för lagring av gas, extraktion av föroreningar från vatten, och så vidare, om inte grafen vore en hydrofob, vilket innebär att dess yta stöter bort vatten.

Oxidation av grafen resulterar i anmärkningsvärda förändringar av dess egenskaper. Grafenoxid är hydrofil och dras till vatten, och är till och med lättlöslig i vatten. Material som består av många grafenoxidskikt kallas grafitoxid. Det har många unika egenskaper: det absorberar vatten och alkoholer i stora mängder och sväller liksom leror när vatten tillsätts.

En ny studie av Alexandr V. Talyzin och hans team visar att grafitoxid kan suga upp ytterligare metanol och etanol vid låga temperaturer jämfört med rumstemperatur. Strukturen expanderar när materialet kyls i flytande lösningsmedel. Vid -130 grader Celsius har oxidskikten i grafen separerats med 20.4 Å genom inkorporering av ytterligare etanol, jämfört med ungefär 3.4 Å i grafit och ungefär 6.5 Å i lösningsmedelsfri grafitoxid.

– Avståndet mellan grafenoxidskikt vid låga temperaturer är så stort att det blir ett kompositmaterial med grafenoxidblad separerade av minst fyra monolager av metanol- eller etanolmolekyler. Vad som också är anmärkningsvärt är att detta fenomen bara kunde observeras i en särskild typ av grafitoxid. Många olika typer av grafitoxid är kända och vi börjar nu förstå hur enormt stora variationerna är i deras egenskaper. Det är inte bara ett material, det är en hel familj av material, säger Alexandr V. Talyzin, forskare vid institutionen för fysik.

I en separat studie, publicerad i Journal of Physical Chemistry C, visas att en viss typ av grafitoxid kan användas för selektiv absorption av metanol från blandningar av vatten och metanol. Ett mycket enkelt filtreringsexperiment visade att när vatten-metanolblandningen droppade genom grafitoxidpulvret absorberades en del av metanolen i pulvret och det som kom ut innehöll mer rent vatten.

– I framtiden vill vi utforma särskilda membran bestående av grafenoxid som kan användas för separation av lösningsmedel eller vattenrening. Dessa första resultat hjälper oss att förstå olika sätt att göra sådana membran, säger Alexandr V. Talyzin.

Det första exemplet på lyckad separation av lösningsmedel rapporterades förra året i en studie från en forskargrupp vid Manchester University, vilken leds av I. Grigorieva och A. Geim, nobelpristagare i fysik för sina upptäckter inom grafenområdet.

Originalpublikation:
Shujie You , Bertil Sundqvist , and Alexandr V. Talyzin : Enormous Lattice Expansion of Hummers Graphite Oxide in Alcohols at Low Temperatures. ACS Nano, Article ASAP. DOI: 10.1021/nn3051105 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn3051105?prevSearch=%255BContrib%253A%2BTalyzin%255D&searchHistoryKey=

Shujie You, Junchun Yu, Bertil Sundqvist, L. A. Belyaeva, Natalya V. Avramenko, Mikhail V. Korobov, and Alexandr V. Talyzin: Selective Intercalation of Graphite Oxide by Methanol in Water/Methanol Mixtures. J. Phys. Chem. C, Article ASAP. DOI: 10.1021/jp312756w http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp312756w?mi=10t9894&af=R&pageSize=20&abstract=graphene

Högupplöst illustration
Bildtext: Grafitoxiden i en blandning av vatten och metanol med 20-100 procent metanol absorberar endast metanol. Figuren visar att avståndet mellan grafenoxidskikten förblir densamma när vatten tillsätts till metanolen. Avståndet ökar först när metanolinnehållet går under 15 procent.

För mer information, kontakta gärna:
Alexandr V. Talyzin, institutionen för fysik
Telefon: 090-786 63 20
E-post: alexandr.talyzin@physics.umu.se

Ämnen

Regioner


Umeå universitet
Umeå universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 36 000 studenter och 4200 anställda. Här finns internationellt väletablerad forskning och ett komplett utbud av utbildningar. Vårt campus utgör en inspirerande miljö som inbjuder till gränsöverskridande möten – mellan studenter, forskare, lärare och externa parter. Genom samverkan med andra samhällsaktörer bidrar vi till utveckling och stärker kvaliteten i forskning och utbildning.

Kontakter

Ingrid Söderbergh

Ingrid Söderbergh

Forskningssamordnare Forskning vid Umeå Centre for Microbial Research, UCMR 070-60 40 334

Umeå universitet

Umeå universitet är ett bredduniversitet och ett av Sveriges största lärosäten med över 41 500 studenter och omkring 4 600 medarbetare. Här finns en mångfald av utbildningar av hög kvalitet och forskning inom alla vetenskapsområden samt det konstnärliga området. Umeå universitet är också platsen för den banbrytande upptäckten av gensaxen CRISPR-Cas9 – en revolution inom gentekniken som tilldelats Nobelpriset i kemi.

Universitetet kännetecknas av en internationell atmosfär och en verksamhet som vilar på akademiska kärnvärden. Våra sammanhållna campus gör det lätt att mötas, samarbeta och utbyta kunskap, något som gynnar en dynamisk och öppen kultur där vi gläds åt varandras framgångar. Umeå universitet sätter en stolthet i att erbjuda en undervisnings- och forskningsmiljö av världsklass och bidrar till ny kunskap av global betydelse där hållbarhetsmålen i Agenda 2030 utgör drivkraft och inspiration. Här finns kreativa och nytänkande forskningsmiljöer som ger goda förutsättningar att ta sig an samhällets framtidsutmaningar. Genom långsiktiga samarbeten med organisationer, näringsliv och andra lärosäten bidrar universitetet till att utveckla norra Sverige som kunskapsregion. Den samhällsomvandling och de stora investeringar som pågår i norra Sverige skapar komplexa utmaningar men också möjligheter. För Umeå universitet handlar det om att bedriva forskning om och mitt i ett samhälle i omvandling samt att fortsätta erbjuda utbildningar för regioner som behöver expandera hållbart.

Campus Umeå och Konstnärligt campus ligger nära Umeås centrum och intill ett av Sveriges största och mest välrenommerade universitetssjukhus. Utbildning bedrivs även på en rad andra orter som Skellefteå, Örnsköldsvik, Lycksele och Kiruna. Vid Umeå universitet finns den högt rankade Designhögskolan, den miljöcertifierade Handelshögskolan och landets enda arkitekthögskola med konstnärlig inriktning. Här finns också Bildmuseet och Umeås science center, Curiosum. Umeå universitet är ett av Sveriges fem riksidrottsuniversitet, har ett internationellt ledande arktiskt centrum och ett centrum för samisk forskning, Várdduo, som är Sveriges enda etablerade forskningsenhet för samisk forskning och urfolksforskning.