Vítejte na webu o grafenu a jeho analogických anorganických sloučeninách

Vrstevnaté přírodní minerály jako je slída nebo kaolin, ale také grafit, molybdenit MoS₂, tungstenit WS₂ a spekularit Fe₂O₃ lze rozlístkovávat (exfóliovat, delaminovat) také pomocí ultrazvukového vlnění v kapalině. Jestliže ponoříme ultrazvukový sonifikátor (titanový reproduktor) do kapaliny, šíří se ultrazvuk v kapalině a vrstevnaté částice v kapalině se rozvlní jako struny na kytaře a jednotlivé tenké lístečky se začnou odlupovat. Působení výkonového ultrazvuku (300 W) bylo použito pro přípravu delaminované slídy [1,2]. Modifikace tohoto postupu s vyšším výkonem (2000 W) a v tlakovém ultrazvukovém reaktoru (“papiňáku”) umožnilo připravit z grafitu grafen, přímo,  bez kyselin, bez oxidace a bez okliky přes grafen oxid [3]. Touto metodou lze připravit grafen ve výtěžku v řádu desítek gramů a také ho kvantitativně ho převést na oxid grafenu bezpečným postupem s možností zvětšování měřítka, protože oxidace grafenu probíhá při podstatně mírnějších a bezpečnějších podmínkách než oxidace grafitu. Příprava grafénu nebo jeho oxidu v kvantitativním měřítku umožňuje připravit již takové množství vzorku, které je potřebné pro syntézu nových materiálů s obsahem grafénu. Jako příklad lze uvést fotolatalyticky aktivní kompozitní nanomateriál z grafénu a oxidu titaničitého [4]. Oxidací grafénu lze připravit grafén oxid s odlišnými vlastnostmi  než z grafitu, je daleko reaktivnější a jednotlivé monovrsty grafén oxidu se rozpadají na nanočástice při nižší teplotě.  Takto zvýšenou reaktivitu lze využít pro přípravu dalších nových materiálů nebo materiálů, které lze obtížně připravit. Příkladem může být syntéza grafénových kvantových teček, které se připravují z grafén oxidu z grafitu reakcí v autoklávu za zvýšené teploty a tlaku. Náš reaktivní grafen oxid je umožňuje připravit za běžných laboratorních podmínek.       

Zvládnutí syntézy grafénu, resp. grafén oxidu otevírá cestu k přípravě nových, vysoce sofistikovaných materiálů, jako jsou např. materiály pro fotokatalytické aplikace, pro sorpci persistentních organických polutantů, pro stechiometrické degradace látek znečišťujících životní prostředí, bariérové transparentní barvy nebo luminiscenční materiály.

[1]  V. Štengl, J.Šubrt, M.Karas, Způsob delaminace vrstevnatých minerálů a materiálů, CZ PV 2000-2815, (2000) 

[2]  V. Štengl, J.Šubrt, Výkonový ultrazvuk a jeho aplikace, Chem. Listy 98 (2004) 324 − 327 

[3]  V. Štengl, Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor, Chemistry – A European Journal, 18 (2012) 14047-14054.

[4]  V. Štengl, D. Popelková, P.Vláčil P, TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts, Journal of Physical Chemistry C,  115 (51), pp 25209–25218