TỔNG QUAN về vật LIỆU GRAPHENE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
Khoa hóa học

BÁO CÁO BÀI TẬP MÔN HỌC
Đề tài
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GRAPHENE

Giảng viên hướng dẫn : Ths. Phùng Thị Lan
Sinh viên : Vũ Quỳnh Mai
Lớp : K63B

Hà Nội - 2016


TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GRAPHENE
1.

Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây, graphene và các vật liệu tổng hợp từ gaphene được đặc
biệt quan tâm. Theo giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn Vanderbilt, Kirill
Bolotin, có hai đặc tính khiến graphene trở nên đặc biệt:



Thứ nhất, cấu trúc phân tử của nó khó bị khiếm khuyết đến mức các nhà
nghiên cứu phải tự tạo ra chúng để nghiên cứu những hiệu ứng của nó.
Thứ hai, các điện tử mang điện tích di chuyển rất nhanh và thường hoạt
động như thể chúng có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với khi ở trong các
kim loại thường hay siêu dẫn.

Ngoài ra, graphen có nhiều đặc tính lạ thường so với nhiều vật liệu khác như:





độ dẫn điện đặc biệt cao (~5000 W.m-1.K-1), dẫn điện tốt hơn bất kì vật
liệu nào được biết ở nhiệt độ thường
độ linh động của electron trên bề mặt graphen cực lớn (200.000 cm 2.V1 -1
.s ) và ít phụ thuộc vào nhiệt độ
Graphene có tính chất hấp phụ vượt trội, hơn nữa chi phí để sản xuất
graphene từ graphit tự nhiên thấp hơn so với vật liệu nano, cacbon ống

Với những đặc điểm ưu việt như vậy, graphene - loại vật liệu nano mới này đã
mang lại những kết quả bất ngờ khi được ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau
2.

Tổng quan về graphene
2.1.

Cấu trúc hóa học

Người ta đã biết rõ rằng graphite gồm những tấm carbon hình lục giác xếp
chồng lên nhau, nhưng họ lại tin rằng một tấm đơn lẻ như vậy không thể nào
chế tạo được ở dạng tách rời.
Vì thế, thật bất ngờ khi vào năm 2004, hai nhà khoa học Konstantin Novoselo,
Andre Geim cùng các cộng sự của họ cho biết rằng một lớp đơn như vậy có thể
tách rời ra được và nó còn bền nữa. Lớp đơn carbon đó chính là graphene.
Vậy graphene có cấu trúc hóa học thế nào


Hình ảnh cấu trúc của graphene

Phân tử phẳng được cấu tạo từ các nguyên tử carbon sắp xếp theo các vòng
lục giác hình tổ ong. Graphene có cấu trúc “phi lập thể” bởi bề dày chỉ bằng
một nguyên tử carbon (khoảng 1-1,6 nm), là vật liệu mỏng nhất trong số tất
cả các dạng vật liệu và là chất liệu kết tinh hai chiều thực sự đầu tiên. Nó
đại diện cho một họ hàng hoàn toàn mới của các chất liệu 2D.

Hình thái cũng
như cấu trúc của
graphene
được
đặc trưng bởi hình
TEM khẳng định
graphene có cấu
trúc tấm mỏng
trong suốt. Miếng
graphene lơ lửng
không có màu sắc.
Hình TEM của graphene


Graphene có bề mặt riêng rất lớn (~2630 m2.g-1), độ bền cơ rất cao gấp 200 lần
thép, độ bền chống đứt gãy cũng cao (130 Gpa) và độ trong suốt gần như hoàn toàn
(~97,7%).Graphene cũng có thể được xem là cấu trúc cơ bản hình thành nên các
loại vật liệu carbon khác nhau như:




(1)

Graphite có cấu trúc là các lớp graphene xếp chồng và dễ trượt lên
nhau
Ống nano carbon có cấu trúc như một tấm graphene cuộn tròn lại
thành hình trụ liền
Trong khi đó, carbon fullerene được xem như cái lồng gồm 60
nguyên tử, kết nối với nhau theo các hình lục giác kiểu như lá
graphen nhưng gói lại như mặt ngoài của quả bóng đá.

– carbon fullerene C60

(2) - ống nano cacbon

(3) – graphit


2.2.

Ứng dụng của graphene
2.2.1.Ứng dụng chung

Điểm qua các chương trình hội nghị cũng như mục lục của các tạp chí khoa
học hàng đầu trên thế giới, có thể thấy các nhà khoa học đã công bố vô số công
trình nghiên cứu về các tính chất cơ bản của graphen và những báo cáo về các ứng
dụng của vật liệu này trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Đồng thời, các tạp chí và phương tiện truyền thông đại chúng khác cũng thường
đăng tải những câu chuyện về việc graphen sẽ cách mạng hóa ngành sản xuất dụng
cụ điện tử cá nhân cũng như các lĩnh vực công nghệ khác như thế nào.
Nhưng liệu có phải thực tế hay không khi chúng ta mong chờ graphen và các sản
phẩm đi từ graphen sẽ sớm được thương mại hóa. Câu trả lời là có, vì các sản
phẩm graphen hiện đã có mặt trên thị trường.

Một số khả năng ứng dụng của graphene


1. Mạch máy tính

Khi độ dẫn điện của graphene được phát hiện lần đầu tiên, đã có những hy vọng
graphene có thể thay thế chip bằng silicon ngày nay – một sự thay đổi mở ra một
kỷ nguyên mới cho đồ điện tử rẻ hơn, hiệu năng cao hơn.

Nhưng hơn 10 năm sau đó, chúng ta vẫn sử dụng chip silicon vì các nhà khoa học
vẫn chưa tìm thấy cách để kiểm soát dòng điện trên chip graphene – một tính năng
rất quan trọng trong việc điều hành cách mạng máy tính.
Tháng 1/2014, các nhà nghiên cứu tại IBM đã công bố một bước đột phá lớn trong
lĩnh vực này, họ đã thiết kế và xây dựng một mạch tích hợp làm bằng graphene.
Lần đầu tiên xuất hiện một máy tính thử nghiệm thực hiện bài kiểm tra so sánh với
công nghệ silicon.
2. Làm thay đổi công nghệ chiếu sáng và màn hình LED

Tháng 3 /2015, các nhà khoa học tại Đại Học Manchester và công ty Graphene
Lighting đã công bố họ đã thiết kế một bóng đèn Graphene. Các nhà khoa học lấy
một đi-ốt, hoặc LED và sơn lên một lớp graphene lên nó.


Bởi vì Graphene có tính dẫn điện tốt, các nhà khoa học báo cáo rằng các bóng đèn
có thể đạt hiệu suất tốt hơn 10% và kéo dài tuổi thọ hơn so với bóng LED hiện nay
trên thị trường.
3. "Siêu" pin
Một trong những đặc tính hứa hẹn nhất của graphene là khả năng tích điện.
Trong khi vấn đề lớn đối với hầu hết các thiết bị di động hiện nay là việc chúng

cần sạc lại liên tục.



Thì từ năm 2011, khi mà các kĩ sư trường đại học Northwestern phát hiện ra
rằng các cực dương của graphene giữ điện tốt hơn cực dương của than chì –
với thời lượng nạp nhanh hơn đến 10 lần – các nhà nghiên cứu đã tích cực
thí nghiệm với hợp chất graphene để có thể áp dụng vào công nghệ pin.



Cuối tháng 5/2015, các nhà khoa học tại đại học Rice của Mỹ đã phát hiện ra
graphene trộn lẫn với vanadi oxit (một giải pháp tương đối rẻ tiền) có thể tạo


ra cực âm pin, có thể sạc tới 90% dung lượng chỉ trong 20 giây , và giữ khả
năng đó ngay cả sau 1000 chu kì sử dụng.



Trong một thử nghiệm khác về lưu trữ năng lượng, các nhà khoa học tại Đại
học Tổng hợp Texas (Mỹ) đã phát triển phương pháp xử lý bằng KOH và vi
sóng để chuyển hóa oxit graphit thành một dạng graphen xốp với diện tích
bề mặt đặc biệt cao.

Về mặt năng lượng và mật độ công suất, các siêu tụ làm bằng vật liệu mới
này có hiệu quả vượt trội các siêu tụ cacbon hoạt tính hiện đang có bán trên
thị trường.

4.

Thiết bị điện tử có thể gập lại

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của graphen là nó có thể uốn cong và cuộn tròn
nhưng vẫn giữ nguyên tính chất dẫn điện cũng như đảm bảo tính linh hoạt ngay cả
với màn hình cảm ứng.
Các nhà khoa học tại Đại học quốc gia Hàn Quốc đã áp dụng tính chất này để chế
tạo các tấm graphen lớn (đường chéo 30 insơ) theo phương pháp lăn cuộn và sử
dụng như các điện cực mềm trong màn hình cảm ứng với đầy đủ chức năng.


5. Chấm dứt tình trạng khan hiếm nước trên toàn thế giới
Khoảng 783 triệu người trên thế giới không được tiếp cận với nước sạch, nhưng
Graphene có thể thay đổi được điều đó.
Cuối tháng 3/2015, một nhóm nghiên cứu do phòng thí nghiệm quốc gia Oak
Ridge công bố rằng họ đã chế tạo một tấm màng mỏng Graphene có thể loại bỏ
muối ra khỏi nước mặn hiệu quả, quá trình đó được gọi là khử muối.
Theo lý thuyết, nước không thể đi qua một tấm Graphene vì cấu tạo lưới đan quá
chặt chẽ với nhau, nhưng đó lại là sức mạnh tuyệt với của nó.Các khe hở của lưới
nguyên tử Graphene đủ lớn để các phân tử nước đi qua, nhưng đủ nhỏ để ngăn
chặn các phân tử muối lớn hơn. Khi được đưa vào thử nghiệm, màng Graphene đã
loại bỏ gần như 100% các phân tử muối.
6. Các tế bào năng lượng
Graphene có thể giúp chúng ta khai thác năng lượng tốt hơn. Ngoài pin cho điện
thoại và đồng hồ thông minh, loại vật liệu này còn mang tới nhiều lợi ích cho điện
năng và quang năng.


Năm ngoái, đại học công nghệ Michigan của Mỹ đã phát hiện ra rằng graphane có
thể thay thế platinum, một thành phần quan trọng có giá thành rất đắt (khoảng

1500 USD/ounce) trong các tế bào năng lượng mặt trời. Nhờ vào cấu trúc phân tử
của mình, graphene có độ dẫn và hoạt động xúc tác cần thiết để khai thác và
chuyển đổi năng lượng từ mặt trời với hiệu suất cao.
7. Các ứng dụng mô sống
Gần đây giáo sư Aravind Vijaraghavan của trường đại học Manchester lại cho
rằng graphene có thể tương tác tới các hệ thống sinh học của người – hay "giao
tiếp với các tế bào của người" như cách ông miêu tả – mà cuối cùng có thể đưa "
Internet of Things " lên một tầm cao mới. Graphene sẽ được sử dụng dưới các lớp
phospholipid tổng hợp, và tính linh hoạt giúp nó hoạt động tốt với các hệ thống
sinh học trong cơ thể.

Bên cạnh các thiết bị điện tử tiêu dùng, phạm vi ứng dụng của graphene thực tế là
vô tận. Vì các đặc tính của graphene chỉ được khai thác khi nó được kết hợp với
các thành phần khác như gas, kim loại hoặc các nguồn carbon khác, các nhà nghiên
cứu đã thử nghiệm graphene để tạo nên anten, bộ lọc nước biển, cửa sổ, sơn, các
cánh máy bay, vợt tennis, các thiết bị chuỗi DNA, mực và nhiều hơn nữa.

2.2.2. Ứng dụng trong xử lí môi trường

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp là việc phát
thải ra môi trường các chất ô nhiễm, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe
con người và hệ sinh thái.
•

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cd(II) trong nước của vật liệu nano
composit Fe/Fe3O4/GO
Tác giả: Hà Quang Ánh1, Lê Hà Giang2, Nguyễn Kế Quang2, Quản T.
Thu Trang2, Vũ Đình Ngọ1 và Vũ Anh Tuấn2 ( 1Đại học Công nghiệp Việt
Trì, 2Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam)

Cadimi là một trong những kim loại nặng độc hại nhất đối với môi trường và con
người, chúng phân bố rộng rãi trong cả môi trường đất và nước.
Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các hạt nano sắt hóa trị không (Fe 0) có khả
năng loại bỏ tốt các chất gây ô nhiễm môi trường như các dung môi clo, thuốc trừ
sâu clo hữu cơ, thuốc nhuộm hữu cơ, các chất ô nhiễm vô cơ và các kim loại nặng.
Mặc dù vậy, vật liệu Fe0 không áp dụng được trong các hệ thống dòng chảy liên
tục do các hạt có kích thước nhỏ, dễ bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí và hiệu
suất tổng hợp thấp.
Vì vậy để khắc phục khó khăn này, nhóm các nhà nghiên cứu đã gắn Fe 0 lên bề
mặt chất mang là graphene oxit (GO) - vật liệu tổng hợp từ graphene.
Vật liệu graphene có tính dẫn điện cao nên làm tăng hiệu quả quá trình trao đổi
electron giữa Fe0 và các chất ô nhiễm.
Ngoài ra việc kết hợp quá trình gắn kết các hạt Fe 0 và Fe3O4 lên bề mặt GO không
những làm các hạt Fe0 ổn định hơn mà còn dễ dàng tách chúng ra khỏi nước xử lí
đơn giản, nhờ sự trợ giúp của từ trường bên ngoài do từ tính của loại vật liệu này.

Dung lượng hấp phụ Cd(II) của một số vật liệu
Chất hấp phụ

Điều kiện thực nghiệm

Qmax

GO

pH=5,6

14,9±1,5

rGO-Fe/Fe3O4

pH=7

1,91

Ponyanilin-vỏ lạc

pH=6

21

Fe-Fe3O4-GOVS

pH=6

108,6


Fe3O4-GOVS

pH=6

52,63

GOVS

pH=6

29,41

Các số liệu trong bảng cho thấy, cả ba vật liệu GOVS, Fe 3O4-GOVS và Fe-Fe3O4GOVS đều có khả năng hấp phụ các kim loại Cd(II) tại pH = 6. Trong đó FeFe3O4-GOVS cho thấy tiềm năng là vật liệu có tính hấp phụ ưu việt, khi đưa thêm
10% Feo vào trong Fe3O4-GOVS ta nhận thấy khả năng hấp phụ Cd(II) cao gấp
2-3 lần so với Fe3O4-GOVS.
Kết quả này có thể giải thích là do sự hình thành các tâm hấp phụ mới, Feo,
Fe2O3, FeOOH trên bề mặt vật liệu Fe-Fe3O4- GOVS làm tăng dung lượng hấp
phụ.Quá trình hấp phụ Cd(II) trên Fe-Fe3O4- GOVS phù hợp với mô hình hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng cực đại là Q max=108,6 mg/g, tuân theo mô
hình động học biểu kiến bậc 2.
•

Chế tạo và khảo sát hoạt tính chất xúc tác quang TiO 2-Graphen trong
phản ứng phân hủy metyl da cam
Tác giả: Phạm Phát Tân1, Huỳnh Thị Kim Hoàng1, Nguyễn Minh Lý1,
Nguyễn Thị Dung2, Trần Mạnh Trí3 (1Khoa Sư Phạm, Trường Đại học An
Giang, 2Viện Công nghệ Hóa học, 3Trung tâm Công nghệ Hóa học và
Môi trường)

Chất bán dẫn được sử dụng phổ biến hiện nay cho quá trình xúc tác quang là TiO 2,
chúng có một số ưu điểm rất cơ bản như không độc hại, thân thiện với môi trường,
có độ bền và ổn định hóa học cao, đồng thời giá thành rẻ. Tuy vậy, bên cạnh đó
còn bộc lộ hai nhược điểm chủ yếu là:


Electron quang sinh và lỗ trống quang sinh trên vùng dẫn và vùng hóa trị của
TiO2 được tạo ra dưới tác dụng của ánh sáng nhanh chóng tái kết hợp làm
giảm đáng kể hoạt tính xúc tác.



TiO2 có năng lượng vùng cấm khá cao (Ebg=3,2eV), năng lượng này tương
đương năng lượng tia UV, tức TiO2 chỉ có khả năng sử dụng tia UV-A
(chiếm một phần rất nhỏ trong dãy phổ mặt trời) để thực hiện quá trình xúc
tác quang.


Trong công trình nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng graphen như một vật liệu
mới để biến tính TiO2 với hi vọng nâng cao hơn nữa hiệu quả của quá trình xúc tác
quang so với những kết quả biến tính TiO2 bằng các phương pháp trước đây.
Phổ DR (hình dưới) ghi được với các mẫu TiO2 P25 và TiO2 P25 trên nền graphen
với hàm lượng rGO khác nhau.
Theo đó, mẫu TiO2 P25 có ngưỡng hấp thụ ánh sáng ở 400nm, tương ứng với Ebg =
3,10eV, trong khi các mẫu TiO2 – graphen đều mở rộng sự hấp thụ ánh sáng về
miền khả kiến. Theo thứ tự mẫu có hàm lượng graphen từ 0,1 đến 10% có ngưỡng
hấp thụ ánh sáng ở bước sóng tăng dần từ 450nm đến 510nm, tương ứng với Eg
giảm dần từ 2,95 đến 2,43eV.

Phổ DR của các chất xúc tác: TiO2 P25 và TiO2 P25-xrGO.
Từ kết quả trên, cho thấy vai trò quan trọng của graphen trong việc làm giảm năng
lượng vùng cấm của chất xúc tác tổ hợp TiO 2 P25-xrGO và nhờ đó chất xúc tác tổ
hợp có khả năng hoạt động quang trong miền ánh sáng khả kiến, khác với chất xúc
tác TiO2 P25.
- So sánh hoạt tính của chất xúc tác TiO2 P25, graphen và TiO2 P25-graphen


Trường hợp dùng chất xúc tác TiO 2 P25
thuần túy, hiệu suất phân hủy MO sau 180
phút phản ứng đạt 78,3%. Trong khi đó, các
mẫu xúc tác TiO2-Graphen cho hiệu suất
phân hủy tăng cao.

Độ chuyển hóa MO trên các mẫu xúc tác
tổ hợp này đều đạt hơn 90% ngay sau 60
phút phản ứng, gấp 3 lần so với trường hợp
dùng TiO2 nguyên thủy (đạt 31,3%).
Hàm lượng tối ưu của graphen trong
chất xúc tổ hợp TiO2 P25-xrGO khoảng từ
0,1 – 0,5% và nếu tăng thêm hàm lượng này
thì hoạt tính xúc tác quang có chiều hướng
giảm đi.

Độ chuyển hóa MO trong phản ứng
quang phân hủy theo thời gian

Kết quả này đã khẳng định vai trò rất quan trọng của graphen trong việc khắc phục
một số hạn chế nhất định của chất bán dẫn TiO2 và từ đó nâng cao đáng kể hiệu
suất của quá trình xúc tác quang.
•

Nghiên cứu sự hấp phụ Rodamin B trong dung dịch nước trên vật liệu
graphen oxit và graphen
Tác giả: Hà Quang Ánh2 , Lê Thị Mai Hoa1 , Lê Hà Giang1 , Nguyễn Kế
Quang1 , Đào Đức Cảnh1 , Nguyễn Trung Kiên1, Trần Thị Kim Hoa1 ,
Đặng Tuyết Phương1 , Vũ Anh Tuấn1 ( 1Viện Hoá học- Viện Hàn lâm
KH&CN Việt Nam, 2 Đại học Công nghiệp Việt Trì)

Do tính tan cao nên các thuốc nhuộm là tác nhân chủ yếu gây ô nhiễm các nguồn
nước. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó phân hủy vì chúng có độ bền
cao với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân oxy hoá.
Trong công trình này, tác giả chọn chất màu RodaminB (RhB) làm chất màu mô
hình để nghiên cứu khả năng loại bỏ chất màu cũng như động học quá trình hấp

phụ tại trên graphen oxit bóc tách lớp bằng kỹ thuật vi sóng (GOVS), graphen oxit
bóc tách lớp bằng kỹ thuật siêu âm (GOSA) và graphen khử nhiệt từ GOVS.
pH=6,5 được chọn để áp dụng cho quá trình nghiên cứu hấp phụ.


Bảng: Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của RhB trên
GOVS, GOSA và rGO
Langmuir

Freudlich

Từ bảng trên, dung lượng hấp phụ RhB cực đại của GOSA cao nhất và đạt
Qmax=476,2 mg/g cao hơn so với GOVS (384,6 mg/g) và GOSA (322,6mg/g). Kết
quả trong bảng cũng cho thấy hệ số tương quan của phương trình đẳng nhiệt hấp
phụ theo mô hình Freundlich (R2= 0,96 - 0,97) thấp hơn so với mô hình đẳng nhiệt
Langmuir (R2 = 0,99).
Do đó, có thể thấy rằng quá trình hấp phụ RhB trên GOVS, GOSA và rGO tuân
theo mô hình đằng nhiệt Langmuir.
Hình bên biểu diễn phương trình động
học biểu kiến bậc 2 cả 2 giá trị R2 ứng
với 2 đường biểu diễn của GOVS và
rGO đều xấp xỉ gần bằng 1.
Từ các số liệu động học hấp phụ biểu
kiến bậc 1 và bậc 2, tác giả khẳng định
rằng động học hấp phụ RhB trên GOSA,
GOVS và rGO tuân theo động học biểu
kiến bậc 2

Mối quan hệ t/qt theo thời gian (động
học biểu kiến bậc 2)

Tốc độ và dung lượng hấp phụ các anion RhB trên ba vật liệu hấp phụ có chiều
hướng tăng dần từ Graphen ˂ GOVS ˂ GOSA là do hiệu ứng hút của các nhóm
mang điện âm đối với cation RhB. Hấp phụ RhB trên GOVS, GOSA và rGO tuân


theo đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hấp phụ đơn lớp) với mô hình động học biểu
kiến bậc 2.
•

Công nghệ xử lí nước thải bằng graphene trắng

Nhóm các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Deakin, Ôxtrâylia và Đại học
Marie Curie, Pháp đã chế tạo được một vật liệu thế hệ mới gọi là boron nitride hay
graphene trắng, có khả năng xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ như hóa chất công
nghiệp hoặc dầu động cơ. Vật liệu này dễ làm sạch và tái sử dụng hơn so với các
vật liệu khác.
Các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách tạo ra những tấm nano boron nitride xốp, đó
là những lớp đơn nguyên tử, dạng sóng của vật liệu với nhiều lỗ bên trong. Các
tấm xốp này tạo thành bột trắng thô, có thể hấp thu 33 lần trọng lượng riêng của
một số hóa chất công nghiệp và 29 lần trọng lượng riêng của dầu động cơ.
Vật liệu mới nổi trên mặt nước sau khi đã hút các chất ô nhiễm. Nung nóng vật liệu
hoặc trong lò công nghiệp hoặc chỉ đơn giản là đốt cháy để tách chất ô nhiễm khỏi
tấm xốp, như vậy có thể tái sử dụng vật liệu.
Trong báo cáo nghiên cứu đăng trên Tạp chí Nature Communications, các tác giả
cho rằng graphene trắng thích hợp cho nhiều ứng dụng như lọc và xử lý nước
•

Nghiên cứu sự hấp thụ metyl xanh trên vật liệu graphene oxit
Tác giả : Chin hua chia, Nur Fazlinda Razali, Mohd Shaiful Sajab,

Sarani Zakaria, Nay Ming Huang & Hong Ngee Lim

Graphene oxit có bề mặt riêng lớn với số lượng lớn các nhóm chức như hidroxi,
epoxi và cacboxyl, có khả năng cố định nhiều loại hợp chất hữu cơ và vô cơ.
Graphene oxit được tổng hợp dựa trên phương pháp Hummer. Trong công trình
này, tác giả dùng graphene tổng hợp được để nghiên cứu khả năng hấp thụ metyl
xanh trong dung dịch ở những điều kiện khác nhau bao gồm : pH, nồng độ metyl
xanh, thời gian và nhiệt độ.


Hình bên biểu diễn sự hấp
thụ metyl xanh của graphene
oxit tại những giá trị pH khác
nhau, ở một nhiệt độ 200C.
Thí nghiệm cho thấy khả
năng hấp thụ của GO tăng từ
28,5 mg/g đến 542 mg/g khi
pH của dung dịch tăng từ 3
đến 7.
Giá trị pH tăng làm giảm sự
tranh chấp giữa phân tử MB
và ion H+ tới các tâm hấp phụ
trên bề mặt GO.
Không có ghi chú về sự hấp
thụ ở pH=9. Mặt khác, giá trị
pH cao có thể gây ra sự thay
đổi cấu trúc phân tử MB do
sự khử lần lượt các gốc
metyl.

Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ động học metyl xanh trên GO

Do đó, pH=7 được lựa chọn áp dụng trong thực nghiệm

Sự hấp phụ metyl xanh trên GO ở nồng độ MB thấp và cao

Khả năng hấp phụ của GO tăng theo sự tăng nồng độ đầu của MB, cùng với
đó là khoảng thời gian lớn hơn để đạt được cân bằng hấp phụ.


Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich của MB trên GO
tại các nhiệt độ khác nhau
Dữ liệu trong bảng cho thấy sự hấp phụ MB trên GO tuân theo mô hình đẳng nhiệt
Langmuir
3.

Kết luận

Mặc dù chỉ mới bắt đầu phát triển từ năm 2004, vật liệu graphene đã trở thành tâm
điểm cho những nghiên cứu khoa học trên thế giới vì những khả năng khoa học và
kĩ thuật dường như không giới hạn của loại vật liệu mới này. Với những đặc điểm
nổi bật nêu ở trên, graphene được ứng dụng bước đầu trong nhiều lĩnh vực khác
nhau.
Graphene và các vật liệu tổng hợp từ graphene đã mở ra những cánh cửa mới cho
lĩnh vực điện tử hay mang lại kết quả tích cực trong xử lí môi trường, thể hiện ở
tiềm năng hấp phụ các kim loại nặng cũng như các tác nhân gây ô nhiễm khác
trong môi trường nước như những nghiên cứu trình bày ở trên.
Các nhà khoa học cho rằng, graphen có nhiều tính chất đặc biệt hữu ích, kể cả tính
linh động cao của điện tử và độ bền cơ học cao, nhưng nhiều giá trị cực trị này chỉ
đúng với graphen đã tách riêng. Vì vậy, công việc nghiên cứu các tính chất của

graphen trong những điều kiện phức tạp tương ứng các điều kiện áp dụng thực tế
cần phải được tiếp tục tiến hành và phát triển.