CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG hợp GRAPHENE

7,5 g KMnO4

CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP GRAPHENE
1. Hóa chất và dụng cụ
1.1. Hóa chất
Bảng 1: Các hóa chất sử dụng
ST
T
1

Hóa chất

2
3
4

Axit sunfuric
Natri nitrat
Kali
permanganate
Hydro peroxit
Hydrazine
hydrate
Ammonium
peroxy disulfate

5
6
7

Ký hiệu

hóa học

Graphite

Trạng thái

Đặc tính

Nguồn gốc

Rắn

Dh < 20 µm
ρ=[20-30]
g/100ml
98%
> 99%
> 99%

Sigma Aldrich

Lỏng
H2SO4
NaNO
T3= 35 oCRắn
KMnOt 4= 4 giờ Rắn

Trung Quốc
Trung Quốc
Việt Nam

H2O2
N2H4.H2O

Lỏng
Lỏng

30%
50%

Trung Quốc
Trung Quốc

(NH4)2S2O8

Rắn

98%

Trung Quốc

Các hóa chất được sử dụng trực tiếp mà không cần trải qua bất kỳ giai đoạn tinh chế
nào khác.
1.2. Dụng cụ
hóanhiệt
2
Cá từ; bếp từ; đũa Oxy
khuấy;
kế; becher chủng loại 500 ml, 250 ml; ống đong 50
ml; pipet 1 mL; bể siêu âm Sonic 410 (40 KHz - 700W), hãng Hwashin - Hàn Quốc; máy

ly tâm (4000 rpm); cân phân tích bốn số; tủ sấy; lò vi sóng Panasonic 800 W; máy lọc
chân không.

2. Các phương pháp tổng hợp graphene
2.1. Phương pháp Hóa Học.
2.1.1. Quy trình tổng hợp GO theo phương pháp Hummers

Siêu âm


400 ml nước cất

Rửa (ly tâm)

N
Siêu âm
Ly tâm
GO

Hình 1. Sơ đồ quy trình tổng hợp GO theo phương pháp hummers cải biên

 Thuyết minh quy trình:
Theo phương pháp này, hỗn hợp của 2,5g graphite và 1,25g NaNO 3 trong
120mL H2SO4 đậm đặc được khuấy ở nhiệt độ nhỏ hơn 5ºC. Oxy hóa lần 1 bằng 7,5g KMnO 4,
nhiệt độ không được quá 20ºC. Tăng nhiệt lên 35ºC và siêu âm trong 2 giờ. Sau đó, oxy hóa lần
2 bằng 7,5g KMnO4, siêu âm trong 4 giờ ở 35ºC. Thêm 400 mL nước cất. Để hỗn hợp về nhiệt


T = 40 oC

T = 40 oC

rGO

độ phòng, thêm H2O2 30% đến khi hỗn hợp có màu vàng sáng. Ly tâm, rửa đến khi pH = 7, làm
khô để thu được graphite oxide (GiO). GiO màu nâu đen được phân tán trong nước tạo hệ huyền
phù với tỷ lệ 0,5 mg GiO/mL H2O. Hệ huyền phù được siêu âm trong 12 giờ để phân tán GiO
hoàn toàn thành đơn lớp GiO hay còn gọi là GO, GO phân tán trong nước tạo thành dung dịch
màu vàng nâu.
2.1.2. Quy trình khử GO tạo rGO với tác nhân khử hydrazine hydrate

t = 30 phút

Nước cất

v mL hydrazine hydrate

Hình 2. Quy trình khử GO tạo rGO với tác nhân khử hydrazine hydrate
 Thuyết minh quy trình: Cân 0,1g GO cho vào 100 mL nước cất. Siêu âm lần thứ nhất

trong 1 giờ ở 40 oC với công suất 500 W. Cho 3 mL hydrazine hydrate vào huyền phù,
khuấy trong 30 phút, sau đó đem siêu âm lần thứ hai trong 4 giờ ở 40 oC với công suất
Rửacất.
(ly tâm)
500 W cho phản ứng xảy ra. Tiếp đến rửa và ly tâm bằng nước
Đem sấy khô thu
được sản phẩm và ký hiệu mẫu là rGO.

2.2. Quy Trình tổng hợp rGO với sự tác nhân khử là vi sóng

Siêu âm lần 2

Khuấy

Siêu âm lần 1


Gi + NaNO3 + H2SO4

0,1 g GO

Khuấy
KMnO4
KMnO4

Oxy hóa lần 1
Oxy hóa lần 2
Trộn
Phản ứng vi sóng

H2O

Pha loãng
Ly tâm
rGO

Hình 3: Quy trình tổng hợp rGO bằng vi sóng
Quy trình tổng hợp Ge được trình bày ở hình 3 và trải qua hai giai đoạn

 Giai đoạn 1: Quá trình oxy hóa Gi tạo GiO (phần 2.1.1)

 Giai đoạn 2: Khử GiO bằng vi sóng tạo rGO
Trộn đều hỗn hợp GiO trên và cho vào lò vi sóng. Sau phản ứng vi sóng 5 phút, hỗn hợp
được pha loãng trong 250 mL nước cất rồi đem đánh siêu âm trong 4 giờ. Sau quá trình
siêu âm, hỗn hợp được ly tâm, rửa đến pH = 7 và làm khô để thu được rGO.

10


Rửa (lọc)
Vi sóng
Siêu âm lần 1
Ly tâm
Siêu âm lần 2
2.3. Quy trình tổng hợp rGO với tác nhân hydro peroxit (H2O2) và ammonium
Nước cất

peroxy disulfate (NH4)2S2O8 có hỗ trợ của vi sóng (phương pháp xanh)
1,15 mL H2O2

2,5 g Gi
0,125 g (NH4)2S

N

Hình 4: Quy trình tổng hợp rGO với tác nhân hydro peroxit (H2O2) và ammonium peroxy

disulfate (NH4)2S2O8 có hỗ trợ của vi sóng
 Thuyết minh quy trình: cân 2,5 g Gi và 0,125 g (NH4)2S2O8, cho vào hỗn hợp 1,15 mL

H2O2. Siêu âm lần thứ nhất trong 10 phút ở 40 oC với công suất 500 W. Sau đó đem hỗn

hợp để vào lò vi sóng trong 2 phút. Cho vào 400 mL nước cất, siêu âm lần thứ hai trong
30 phút ở 40 oC với công suất 500 W. Tiếp đến, rửa (lọc) bằng nước cất. Sau đó, ly tâm
bằng nước cất để loại bỏ Gi không phản ứng ở dưới, phần huyền phù lơ lững ở trên được
thu hồi. Đem sấy khô thu được sản phẩm rGO.
3. Các phương pháp khảo sát hình thái-cấu trúc-đặc tính
- Nhiễu xạ tia X (XRD): xác định cấu trúc của rGO và khoảng cách giữa các đơn lớp rGO,

bước đầu nhận dạng được độ tinh khiết và đồng đều giữa các lớp rGO.
- Phổ hồng ngoại chuyển tiếp-Fourier (FTIR): xác định các nhóm chức có mặt trong
rGO


- Ảnh AFM: xác định bề dày trung bình giữa các lớp rGO
- Phổ Raman: xác định được cấu trúc của rGO có giống với cấu trúc của Gi đơn lớp hay
không.
- Ảnh TEM: cho thấy hình thái của sản phẩm rGO
- Phương pháp phân tích nhiệt TGA: xác định khả năng bền nhiệt của sản phẩm rGO
- Độ dẫn điện - phương pháp 4 mũi dò (Four Point Probe): đo điện trở mặt của vật
liệu rGO để từ đó xác định được độ dẫn điện của rGO.