Wie ist einzelnes Graphen gleichmäßig in Wasser verteilt?

Im Allgemeinen sind Graphen und Wasser nicht gut gemischt. Wenn sich Graphen in Wasser befindet, treten "baumelnde Bindungen" auf (die Wasserstoffatome von Wassermolekülen zeigen auf die Oberfläche von Graphen), und Wassermoleküle in der Nähe von Graphen können nicht mehr als drei bilden. Wasserstoffbrückenbindungen, während reines Wasser durchschnittlich 3,6 Wasserstoffbrückenbindungen pro Wassermolekül aufweist. Daher können Graphen und unpolare Kohlenwasserstoffe Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser zerstören, um hydrophobe Wechselwirkungen zu verursachen, was zu Schwierigkeiten beim Auflösen von Graphen in Wasser führt. Darüber hinaus fördert Graphen die Keimbildung von in Wasser gelösten Nanobläschen auf der Oberfläche von Graphen, was auch die Agglomeration und Ausfällung von Graphen verstärkt. Die Graphit-Interkalationsverbindung kann in einem aprotischen Lösungsmittel in eine einzelne Graphenschicht gestrippt werden, um eine thermodynamisch stabile negative Graphenlösung herzustellen. Negativ geladenes Graphen ist ein starkes Reduktionsmittel, während organische Lösungsmittel luft- und feuchtigkeitsempfindlich sind. Kürzlich haben George et al. (DOI: 10.1038 / NCHEM.2669) erreichte eine gleichmäßige Verteilung von einschichtigen Graphenschichten in wasserentfernendem Wasser. Diese wässrige Graphenlösung ist luftstabil und erfordert keine Zugabe eines Tensids.

Auflösen von Graphitkalium in Tetrahydrofuran-THF in einer inerten Atmosphäre unter Bildung einer einzelnen Schicht aus negativ geladenem Graphenpolyion und anschließende Oxidation der negativ geladenen Graphenionen zu Graphen durch Einwirkung von Luft in THF und rasche Übertragung auf entgastes Wasser Luft bildet Peroxidkationen und neutrales Graphen. Unter normalen Versuchsbedingungen führt die Adsorption von in Wasser gelösten Gasen auf der Graphenoberfläche zu einer weitreichenden Anziehung zwischen dispergierten Individuen, wodurch die Agglomeration gefördert wird. Im Gegenteil, wenn das Wasser entgast wird, wurden die Wasserionen an der Oberfläche des Graphens adsorbiert. Diese Adsorption bewirkt, dass die dispergierte Graphenschicht eine bestimmte Ladung aufweist, und die elektrostatische Abstoßung kann den Dispersionszustand der Graphenschicht stabilisieren. Im Allgemeinen wird in entgastem Wasser die erneute Aggregation von Graphen in entgastem Wasser aufgrund der geringen Anziehungskraft der Diffusion zwischen den Graphenschichten und der elektrostatischen Abstoßungsstabilität drastisch verlangsamt. Aufgrund der Oxidation und Wasserzersetzung von negativ geladenem Graphen adsorbieren OH-Ionen spontan an der Oberfläche von Graphen, und Graphen wird in Wasser geladen. Wenn sich zwei Graphene treffen, verursachen sie Abstoßung. Daher kann Graphen in einer Konzentration von 0,16 g / l effektiv in Wasser dispergiert und mehrere Monate stabil gelagert werden.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.