Cos'è ossido di grafene?
Ossido di Grafene (GO)
L'ossido di grafene (GO) è un composto del carbonio, dell'ossigeno e dell'idrogeno ottenuto trattando la grafite con ossidanti forti e acidi. Si presenta come un materiale stratificato contenente difetti strutturali e gruppi funzionali contenenti ossigeno. È un precursore importante per la produzione di grafene ridotto e trova applicazioni in diverse aree.
Struttura e Proprietà
La struttura dell'ossido di grafene è complessa e non completamente definita, ma è caratterizzata da:
- Fogli di grafene: Simili al grafene, ma con difetti e distorsioni nella struttura del carbonio.
- Gruppi funzionali ossigenati: Includono gruppi epossido (C-O-C), idrossilici (C-OH), carbonilici (C=O) e carbossilici (COOH) legati ai fogli di grafene. Questi gruppi lo rendono idrofilo e disperdibile in acqua e altri solventi polari.
- Disordine strutturale: Presenta una elevata quantità di difetti e lacune nella struttura del reticolo esagonale del grafene.
Le proprietà chiave dell'ossido di grafene sono:
- Disperdibilità in acqua: Grazie ai gruppi funzionali ossigenati, forma dispersioni colloidali stabili in acqua.
- Elevata superficie specifica: Offre un'ampia area superficiale per l'adsorbimento e le reazioni chimiche.
- Proprietà elettriche: È un isolante o un semiconduttore, a differenza del grafene che è un ottimo conduttore. La conducibilità può essere ripristinata tramite riduzione chimica o termica.
- Proprietà meccaniche: Meno resistenti del grafene puro a causa dei difetti strutturali.
Sintesi
L'ossido di grafene viene tipicamente sintetizzato attraverso l'ossidazione chimica della grafite utilizzando metodi come:
- Metodo di Hummers: Un metodo ampiamente utilizzato che impiega una miscela di acido solforico, nitrato di sodio e permanganato di potassio per ossidare la grafite. Metodo%20di%20Hummers
- Metodo Staudenmaier: Utilizza una combinazione di acido solforico, nitrato di potassio e clorato di potassio.
- Metodo Brodie: Impiega acido nitrico e clorato di potassio.
Questi metodi portano all'esfoliazione dei fogli di grafite e all'introduzione di gruppi funzionali ossigenati.
Applicazioni
L'ossido di grafene trova applicazioni in vari campi, tra cui:
- Materiali Compositi: Rinforzo di polimeri, metalli e ceramiche per migliorare le proprietà meccaniche, termiche ed elettriche. Materiali%20Compositi
- Sensori: Rilevamento di gas, biomolecole e altri analiti grazie alla sua elevata superficie e sensibilità. Sensori
- Biomedicina: Drug delivery, imaging, antibatterici e ingegneria tissutale. Biomedicina
- Membrane: Separazione di gas e liquidi, dissalazione dell'acqua e filtrazione. Membrane
- Elettronica: Componenti elettronici, elettrodi per batterie e supercondensatori. Elettronica
- Catalisi: Supporto per catalizzatori metallici e organici. Catalisi
Grafene Ridotto (rGO)
Il grafene ridotto (rGO) è ottenuto rimuovendo i gruppi funzionali ossigenati dall'ossido di grafene attraverso riduzione chimica, termica o elettrochimica. Sebbene il processo di riduzione non ripristini completamente la struttura del grafene puro, migliora significativamente la conducibilità elettrica e altre proprietà. rGO mantiene alcuni difetti e gruppi funzionali residui. Grafene%20Ridotto
Considerazioni Ambientali e di Sicurezza
La produzione e l'uso di ossido di grafene sollevano preoccupazioni ambientali e di sicurezza, tra cui:
- Tossicità: Studi sulla tossicità in vitro e in vivo hanno evidenziato potenziali effetti avversi a seconda della dimensione, forma, carica superficiale e concentrazione delle nanoparticelle di GO.
- Impatto ambientale: Rilascio nell'ambiente e potenziale contaminazione di acqua e suolo.
- Sicurezza sul lavoro: Esposizione durante la produzione e la manipolazione.
È importante adottare pratiche sicure e responsabili nella produzione, manipolazione e smaltimento dell'ossido di grafene per mitigare i potenziali rischi.