Método para la preparación de grafeno esponjoso mediante liofilización

El grafeno es un nanomaterial laminar con una estructura de red bidimensional en forma de panal, formado por la estrecha agrupación de átomos de carbono en modo hibridación sp2. Desde su descubrimiento en 2004, el grafeno ha captado la atención de los investigadores gracias a sus excelentes propiedades físicas y químicas. Rápidamente se ha convertido en un foco de investigación en campos como la fisicoquímica, la energía de los materiales, las ciencias de la vida y la tecnología de la información. La especial estructura monocapa atómica del grafeno le confiere una superficie específica muy grande, mientras que la hibridación sp2 le otorga numerosas propiedades extraordinarias y excelentes características fisicoquímicas. En cuanto a sus propiedades mecánicas, presenta alta resistencia y un elevado módulo de elasticidad; en términos térmicos, posee una alta conductividad térmica; y desde el punto de vista eléctrico, exhibe una gran conductividad eléctrica. Además, el grafeno presenta algunas propiedades particulares, tales como el efecto Hall cuántico y el ferromagnetismo a temperatura ambiente. Desde el descubrimiento del grafeno, los científicos han intentado obtenerlo mediante diversos métodos. En la actualidad, según el principio de preparación, estos pueden clasificarse en métodos físicos y métodos químicos. El método físico, es decir, el desprendimiento mecánico, puede subdividirse a su vez en el método de exfoliación micro‑mecánica y el método de exfoliación con disolventes. Los métodos químicos incluyen principalmente el método de reducción del óxido de grafito, el método de descomposición térmica del SiC y el método de deposición química de vapor (CVD).

El grafeno es un nanomaterial laminar de estructura reticular bidimensional en forma de panal, formado por la estrecha agrupación de átomos de carbono en modo híbrido sp2. Desde su…

Tras su descubrimiento en 2004, el grafeno ha captado la atención de los investigadores gracias a sus excelentes propiedades físicas y químicas. Se ha convertido rápidamente en un tema de investigación…

punto neurálgico en los campos de la química física, la energía de los materiales, las ciencias de la vida y la tecnología de la información. La estructura laminar monoatómica especial del grafeno confiere a…

posee una superficie específica muy grande, y la hibridación sp2 le confiere numerosas propiedades excepcionales y excelentes características fisicoquímicas. En cuanto a las propiedades mecánicas…

En cuanto a sus propiedades mecánicas, presenta alta resistencia y un módulo de elasticidad elevado; en lo relativo a sus propiedades térmicas, posee una alta conductividad térmica; y en lo que respecta a sus propiedades eléctricas, exhibe una elevada conductividad eléctrica.

conductividad. Además, el grafeno presenta algunas propiedades especiales, tales como: el grafeno exhibe el efecto Hall cuántico y ferromagnetismo a temperatura ambiente.

 

Desde el descubrimiento del grafeno, los investigadores científicos han intentado obtener grafeno mediante diversos métodos. En la actualidad, de acuerdo con el principio…

de preparación, puede dividirse en métodos físicos y métodos químicos. El método físico, es decir, el método de pelado mecánico, puede a su vez…

dividido en un método de exfoliación micro‑mecánica y un método de exfoliación con disolvente. Los métodos químicos incluyen principalmente un método de reducción del óxido de grafito, un…

método de descomposición térmica del SiC y un método de deposición química de vapor (CVD).

Hoy en día, la preparación del grafeno tridimensional ha suscitado un gran interés entre los investigadores. El grafeno tridimensional suele sintetizarse…

por el método hidrotermal‑disolvente. En este proceso, se añade un agente reductor al disolvente para reducir el óxido de grafito a una temperatura determinada, de modo que…

El grafeno sintetizado presenta baja cristalinidad y contracción volumétrica. Es propenso a formar nudos y su rendimiento no es elevado. Asimismo, se ha reportado un método…

de la liofilización del grafeno para obtener grafeno tridimensional, pero el grafeno no se disuelve fácilmente en un solvente, por lo que se produce aglomeración.

La invención proporciona un método para preparar grafeno esponjoso mediante el método de liofilización. El grafeno obtenido por este método es poroso y presenta una gran…

área superficial específica, presenta una estructura esponjosa tridimensional, baja densidad, estructura ultraligera y estable, y puede emplearse como material adsorbente y en composites.

Los materiales amplían la aplicación.

Un método para preparar grafeno esponjoso mediante el método de liofilización, que comprende:
(1) Mezcla ultrasónica de materias primas en un baño de hielo

Añada grafito natural al baño de hielo, seguido de H2SO4 concentrado ultrasonificado durante 15–60 minutos; luego añada NaNO3 y, a continuación, permanganato de potasio (KMnO4) en un período de 15–60 minutos; espere…

Para añadir el permanganato de potasio y iniciar la reacción, durante 0,5 a 1 hora, asegúrese de que la temperatura del sistema no supere los 10 °C para obtener una solución homogénea;

(2) Oxidación de las materias primas en un baño de agua

La mezcla anterior se agita en un baño de agua a 30-35 °C durante 0,5-1,5 h; se añade agua desionizada a la mezcla y se calienta hasta 95-100 °C, continuando la agitación durante

20-30 min, luego se añaden agua desionizada y peróxido de hidrógeno hasta que la solución adquirió un color amarillo intenso; no se generaron burbujas (para obtener óxido de grafito),

y luego se separó, se lavó, se liofilizó y se sometió a un despojamiento térmico a baja presión para obtener grafeno esponjoso. La proporción de grafito natural, concentrado

H2SO4, NaNO3 y permanganato de potasio KMnO4 en el paso (1) son 2 g: 50 ml: 1 g: 7 g, es decir, un ligero exceso de KMnO4 y H2SO4 concentrado, y grafito.

y se añaden lentamente KMnO4 al H2SO4 concentrado. El objetivo es asegurar que el grafito quede suficientemente oxidado e intercalado en una etapa posterior.

Utilizando óxido de grafito como precursor, la solución acuosa de óxido de grafito se liofiliza directamente para garantizar que la muestra permanezca esponjosa. Finalmente, la estructura esponjosa…

El óxido de grafito se exfolia y se reduce mediante calor a baja presión para obtener grafeno esponjoso. En este proceso, únicamente es necesario ajustar la temperatura, la presión y el tiempo.

Se puede obtener grafeno esponjoso con diferentes morfologías y propiedades mediante el ajuste de otros parámetros, y no se emplea ningún agente reductor químico tóxico, lo que evita…

la contaminación ambiental y es fácil de lograr la producción en masa.

¡Fabricantes chinos de LTPM: caso de grafeno liofilizado!

Ventajas de los liofilizadores para la preparación del grafeno:

(1) El grafeno obtenido es poroso y presenta una gran área superficial específica, exhibe una morfología esponjosa tridimensional, posee baja densidad, es ultraligero y estructuralmente…

estable y puede emplearse como material adsorbente y como material compuesto, lo que amplía sus perspectivas de aplicación;

(2) Al modificar los parámetros de reacción de las etapas de liofilización al vacío y de reducción por desorción térmica a baja presión, se alteran la forma macroscópica, la microestructura,

Las propiedades de conductividad y adsorción del grafeno esponjoso tridimensional pueden modificarse;

(3) El proceso de preparación es sencillo, fácil de operar y el ciclo de preparación es breve, rápido y eficiente;

(4) Las materias primas utilizadas son de amplia disponibilidad y de bajo costo. Es ecológico y eficiente en el uso de la energía, y puede aplicarse.

Caso de grafeno blanco liofilizado producido por LTPM CHINA