(Phys.org)—De structuur van grafietoxide zet verrassend uit wanneer het wordt gekoeld in methanol of ethanol. Ook, grafietoxide absorbeert selectief methanol uit water-methanol mengsels. Twee nieuwe onderzoeken door natuurkundigen aan de Universiteit van Umeå in Zweden, gepubliceerd in ACS Nano en J. Fys. Chem. C , respectievelijk, kennis verschaffen over nieuwe eigenschappen van geoxideerd grafiet en grafeen.

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die zijn gerangschikt in een honingraatstructuur. Grafeen kan worden beschouwd als een uniek adsorberend materiaal vanwege het extreem grote oppervlak. Eén gram grafeen heeft een oppervlakte vergelijkbaar met een voetbalveld. Dit oppervlak zou kunnen worden gebruikt voor adsorptie van gassen en vloeistoffen, in toepassingen voor gasopslag, extractie van verontreinigende stoffen uit water, enz. Echter, het grafeen is hydrofoob, wat betekent dat het oppervlak water afstoot.

Anderzijds, oxidatie van grafeen resulteert in opmerkelijke veranderingen in zijn eigenschappen. Grafeenoxide is hydrofiel en het is ook gemakkelijk oplosbaar in water. Een materiaal dat bestaat uit vele gestapelde grafeenoxidelagen wordt grafietoxide genoemd. Het heeft veel unieke eigenschappen:het absorbeert water en alcoholen in grote hoeveelheden, vergelijkbaar met klei die opzwelt wanneer water wordt toegevoegd.

Een nieuwe studie door Alexandr V. Talyzin en zijn team onthult dat grafietoxide zelfs meer methanol en ethanol kan opnemen bij lage temperaturen in vergelijking met kamertemperatuur. De structuur zet uit bij afkoeling in een overmaat vloeibaar oplosmiddel. Bij -130 graden Celsius zijn de grafeenoxidelagen gescheiden door 20,4 Å vanwege de opname van extra ethanol in de structuur, vergeleken met ongeveer 3,4 in natuurlijk grafiet en ongeveer 6,5 in oplosmiddelvrij grafietoxide.

"De afstand tussen grafeenoxidelagen bij lage temperaturen is zo groot dat het een composietmateriaal wordt met grafeenoxidevellen gescheiden door ten minste vier monolagen van methanol- of ethanolmoleculen. Wat ook opmerkelijk is, is dat dit fenomeen zich beperkt tot één specifiek type van grafietoxide en wordt niet waargenomen in een ander bestudeerd type. er zijn veel verschillende soorten grafietoxide bekend en nu beginnen we te begrijpen hoe enorm de variaties van hun eigenschappen zijn. Het is niet slechts één materiaal, het is een hele familie van materialen, " zegt Alexandr V. Talyzin, onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde.

In een afzonderlijke studie gepubliceerd in J. Fys. Chem. C er werd aangetoond dat een bepaald type grafietoxide gebruikt kan worden voor selectieve absorptie van methanol uit water-methanol mengsels. Een zeer eenvoudig prototype filterexperiment toonde aan dat wanneer een vloeibaar water-methanolmengsel door grafietoxidepoeder wordt geleid, een deel van de methanol wordt geabsorbeerd in het poeder en de oplossing die er doorheen gaat, bevat zuiverder water.

"In de toekomst willen we speciale membranen ontwerpen die zijn samengesteld uit grafeenoxidelagen, die kan worden gebruikt voor scheiding van verschillende oplosmiddelen en zuivering van water. Deze eerste resultaten helpen ons om mogelijke manieren te begrijpen om dergelijke membranen te maken, " zegt Alexandr V. Talyzin.

Het eerste voorbeeld van succesvolle oplosmiddelscheidingseffecten werd vorig jaar gerapporteerd in een onderzoek van R.R. Nair et al. van een onderzoeksteam van de Universiteit van Manchester, onder leiding van I. Grigorieva en Nobelprijswinnaar A. Geim, beroemd om hun onderzoek op het gebied van grafeen.