Вплив температури вакуумної термообробки на структуру, морфологію та пористість відновленого оксиду графену
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.27.3.468-475Ключові слова:
оксид графену, відновлений оксид графену, термічне відновлення, турбостратна структура, пористість, розподіл пор за розмірамиАнотація
Досліджено вплив температури термічного відновлення на структурні і морфологічні характеристики матеріалів, отриманих на основі оксиду графену. Плівки оксиду графену піддавали термообробці у вакуумі в інтервалі температур 200–600оC, а отримані матеріали характеризували методами XRD, FTIR, SEM та низькотемпературної адсорбції–десорбції азоту із застосуванням аналізів BET, NLDFT і FHH. Показано, що вакуумна термообробка зумовлює поступову трансформацію оксиду графену в невпорядковану турбостратну структуру відновленого оксиду графену. Підвищення температури обробки супроводжується прогресуючою деоксигенацією, морфологічною еволюцією від фрагментованих плівок до відкритих каркасів із тонких слабкозв’язаних ламелярних частинок, а також вираженим розвитком пористості. Питома площа поверхні BET зростає від 61 м2/г для матеріалу, отриманого при 200 °C, до 112, 197, 276 і 331 м2/г для матеріалів, отриманих при 300, 400, 500 і 600оC відповідно. Показано, що температура термообробки є ключовим параметром, який визначає трансформацію GO у пористий турбостратний rGO.
Посилання
S.C. Ray, Application and uses of graphene oxide and reduced graphene oxide, Applications of Graphene and Graphene-Oxide Based Nanomaterials, 6(8), 39 (2015); https://doi.org/10.1016/B978-0-323-37521-4.00002-9.
L.G. Guex, B. Sacchi, K.F. Peuvot, R.L. Andersson, A.M. Pourrahimi, V. Ström, R.T. Olsson, Experimental review: chemical reduction of graphene oxide (GO) to reduced graphene oxide (rGO) by aqueous chemistry, Nanoscale, 9(27), 9562 (2017); https://doi.org/10.1039/C7NR02943H.
I. Sengupta, S. Chakraborty, M. Talukdar, S.K. Pal, S. Chakraborty, Thermal reduction of graphene oxide: How temperature influences purity, Journal of Materials Research, 33(23), 4113 (2018); https://doi.org/10.1557/jmr.2018.338.
A.A. Zhou, J. Bai, W. Hong, H. Bai, Electrochemically reduced graphene oxide: Preparation, composites, and applications, Carbon, 191, 301 (2022); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.01.056.
X. Mei, X. Meng, F. Wu, Hydrothermal method for the production of reduced graphene oxide, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 68, 81 (2015); https://doi.org/10.1016/j.physe.2014.12.011.
V. Agarwal, P.B. Zetterlund, Strategies for reduction of graphene oxide–A comprehensive review, Chemical Engineering Journal, 405, 127018 (2021); https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127018.
P.P.A. Jose, M.S. Kala, N. Kalarikkal, S. Thomas, Reduced graphene oxide produced by chemical and hydrother¬mal methods, Materials Today: Proceedings, 5(8), 16306 (2018); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.05.124.
P.V. Kumar, N.M. Bardhan, G.Y. Chen, Z. Li, A.M. Belcher, J.C. Grossman, New insights into the thermal reduction of graphene oxide: Impact of oxygen clustering, Carbon, 100, 90 (2016); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.12.087.
M. Ostermann, P. Velicsanyi, P. Bilotto, J. Schodl, M. Nadlinger, G. Fafilek, M. Valtiner, Development and up-scaling of electrochemical production and mild thermal reduction of graphene oxide, Materials, 15(13), 4639 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15134639.
R. Singh, S. Ullah, N. Rao, M. Singh, I. Patra, D.A. Darko, V. Vijayan, Synthesis of three-dimensional reduced-graphene oxide from graphene oxide, Journal of Nanomaterials, 2022(1), 8731429 (2022); https://doi.org/10.1155/2022/8731429.
V. Kotsyubynsky, Y.Z. Khimyak, R. Zapukhlyak, V. Boychuk, L. Turovska, V. Hoi, NaOH-assisted hydrothermal reduction of graphene oxide, Journal of Physics: Condensed Matter, 36(49), 495701 (2024); https://doi.org/10.1088/1361-648X/ad75dc.
D. Öztekin, H. Arbağ, S. Yaşyerli, Preparation of rGO with enhanced electrical conductivity: effects of sequential reductions of L-ascorbic acid and thermal, Arabian Journal for Science and Engineering, 50(13), 9905 (2025); https://doi.org/10.1007/s13369-024-09915-5.
V.O. Kotsyubynsky, V.M. Boychuk, I.M. Budzuliak, B.I. Rachiy, R.I. Zapukhlyak, M.A. Hodlevska, A.A. Malakhov, Structural Properties of Graphene Oxide Materials Synthesized Accordingly to Hummers, Tour and Modified Methods: XRD and Raman Study, Physics and Chemistry of Solid State, 22(1), 31 (2021); https://doi.org/10.15330/pcss.22.1.31-38.
B. Schwenzer, T.C. Kaspar, Y. Shin, D.W. Gotthold, Spectroscopic study of graphene oxide membranes exposed to ultraviolet light, The Journal of Physical Chemistry C, 120(23), 12559 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b03033.
M. Rosillo-Lopez, C.G. Salzmann, Detailed investigation into the preparation of graphene oxide by dichromate oxidation, ChemistrySelect, 3(24), 6972 (2018); https://doi.org/10.1002/slct.201801594.
T. Jiao, H. Guo, Q. Zhang, Q. Peng, Y. Tang, X. Yan, B. Li, Reduced graphene oxide-based silver nanoparticle-containing composite hydrogel as highly efficient dye catalysts for wastewater treatment, Scientific Reports, 5(1), 11873 (2015); https://doi.org/10.1038/srep11873.
D. Khalili, Graphene oxide: a promising carbocatalyst for the regioselective thiocyanation of aromatic amines, phenols, anisols and enolizable ketones by hydrogen peroxide/KSCN in water, New Journal of Chemistry, 40(3), 2547 (2016); https://doi.org/10.1039/C5NJ02314A.
G.M. Das, E. Hulkko, A. Emelianov, M.G. Santiveri, P. Myllyperkiö, A. Johansson, M. Pettersson, Nano-FTIR identification of functionalization in two-photon oxidized graphene, Carbon, 245, 120851 (2025); https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120851.
C. Gao, X.Y. Yu, R.X. Xu, J.H. Liu, X.J. Huang, AlOOH-reduced graphene oxide nanocomposites: one-pot hydrothermal synthesis and their enhanced electrochemical activity for heavy metal ions, ACS Applied Materials & Interfaces, 4(9), 4672 (2012); https://doi.org/10.1021/am3010434.
P.H. Borges, M.V. da Silva, J.S. Stefano, R.R. Barreto, A.de Siervo, E.M. Richter, E. Nossol, Synergistic charge redistribution and structural evolution in three-dimensionally printed Mn-Prussian blue analogue-based electrodes for energy storage, ACS Nanoscience Au (2026); https://doi.org/10.1021/acsnanoscienceau.5c00167.
B. Sahouli, S. Blacher, F. Brouers, Applicability of the fractal FHH equation, Langmuir, 13(16), 4391 (1997); https://doi.org/10.1021/la962119k.
S.V. Sklepova, N. Ivanichok, P. Kolkovskyi, V. Kotsyubynsky, V. Boychuk, B. Rachiy, L. Ropyak, Porous structure and fractal dimensions of activated carbon prepared from waste coffee grounds, Materials, 16(18), 6127 (2023); https://doi.org/10.3390/ma16186127.
D. Liu, W. Zhou, J. Wu, T. Huang, Fractal characterization of graphene oxide nanosheet, Materials Letters, 220, 40 (2018); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.02.134.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 R.I. Zapukhlyak, A.O. Kotsyubynsky, R.G. Abaszade, V.M. Boychuk, V.O. Kotsyubynsky, V.T. Hoi, M.М. Klymyuk, I.R. Kos, D.O. Lynnyk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
