Σύνθεση και χαρακτηρισμός οξειδίου του γραφίτη, γραφενίου και παραγώγων τους

Abstract

Η παρούσα μελέτη εκπονήθηκε στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας που έλαβε χώρα στο ΕργαστήριοΑνόργανης και Αναλυτικής Χημείας της Σχολής Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ.

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός οξειδίου του γραφενίου και παραγώγων οξειδίου του γραφενίου. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, αναλύονται οι αλλοτροπικές μορφές άνθρακα και ιδιαίτερα η δομή του γραφενίου, οι τρόποι σύνθεσης του, οι ιδιότητες καθώς και οι εφαρμογές του.

Στο πειραματικό μέρος της εργασίας, αναλύονται η διαδικασία και τα τελικά αποτελέσματα. Συγκεκριμένα, η διαδικασία χωρίστηκε σε δύο σειρές πειραμάτων οι οποίες αποτελούνταν από τον ίδιο βασικό κορμό και διαφοροποιούνταν σε ορισμένα ενδιάμεσα βήματα. Ο βασικός κορμός περιελάμβανε τη σύνθεση οξειδίου του γραφενίου (GO) από σκόνη γραφίτη, τη σύνθεση της ένωσης (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3, και τέλος την παρασκευή του τελικού προϊόντος από την αντίδραση συμπύκνωσης της (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3 και του GO. Η διαφορά μεταξύ των σειρών έγκειται στον τρόπο παρασκευής του προϊόντος (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3. Η πρώτη σειρά περιελέμβανε διαδικασίες που ήταν σχετικά σύντομες αλλά με ασταθέστερα προϊόντα και η δεύτερη σειρά ήταν πιο χρονοβόρα αλλά με σταθερότερα προϊόντα.

Στα τελικά προϊόντα έγινε χαρακτηρισμός με τη βοήθεια των μεθόδων IR και XRD και καταγράφονται συμπεράσματα και προτάσεις με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν.

The aim of this study was the synthesis and characterization of graphene oxide and graphene oxide derivatives and was conducted as part of the degree thesis in Chemical Engineering held in the Laboratory of Inorganic and Analytical Chemistry at the Chemical Engineering Department of the NTUA.

In the first part of the study, the structure of allotropic forms of carbon is presented, and more specifically the structure of graphene, its methods of synthesis are analyzed and the properties and applications of graphene are discussed.

The second part of the thesis focuses on the experimental procedures followed and their results. Specifically, both procedures followed consisted of the same basic core process but differed in some intermediate steps. The core process consisted of the synthesis of graphene oxide (GO) frοm graphite powder, the synthesis of the compound (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3 and the preparation of the final product through a condensation reaction between (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3 and GO. The difference between the two procedures was in the production method of the intermediate compound (ΝΟ2)3-­‐R-­‐C7H15N2O3. The first procedure was briefer in comparison to the second but the products were not as stable.

The final products were determined and characterized by means of XRD and IR methods. Conclusions, possible improvements and recommendations are discussed based on the results obtained.