2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів
Various 2D carbons demonstrate significant effects of surface oxidation, heating, suspending–drying, cryogelation, swelling, and adsorption of polar and nonpolar compounds on the morphological, structural, and textural characteristics. Heating at 120–150 °C could result in collapse of pores not only...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/680 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543947771346944 |
|---|---|
| author | Gun’ko, V. M. Sementsov, Yu. I. Andriyko, L. S. Nychyporuk, Yu. M. Oranska, O. I. Matkovsky, O. K. Grebel'na, Yu. V. Charmas, B. Skubiszewska–Zięba, J. Kartel, M. T. |
| author_facet | Gun’ko, V. M. Sementsov, Yu. I. Andriyko, L. S. Nychyporuk, Yu. M. Oranska, O. I. Matkovsky, O. K. Grebel'na, Yu. V. Charmas, B. Skubiszewska–Zięba, J. Kartel, M. T. |
| author_sort | Gun’ko, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-09-13T11:17:44Z |
| description | Various 2D carbons demonstrate significant effects of surface oxidation, heating, suspending–drying, cryogelation, swelling, and adsorption of polar and nonpolar compounds on the morphological, structural, and textural characteristics. Heating at 120–150 °C could result in collapse of pores not only between carbon sheets in stacks but also between neighboring stacks; therefore, the specific surface area (SSA) decreases by a factor of 30–100 for preheated graphene oxides (GO). According to the TEM and XRD data, the GO structure is rather amorphous, since only small X-ray coherent scattering regions demonstrate a certain order giving broad XRD (001) and (002) lines. In the Raman spectra, the D line (disordered defect structures with sp3 hybridized C atoms) intensity for GO is similar to that of the G line (ordered structures with sp2 hybridized C atoms). The graphite oxide (GtO) structure, which is closer to that of graphite than that of GO, is characterized by intensive G and low D lines, and the main XRD peak at 26.4° (characteristic for graphite) is broadened similar to the XRD peak of GO at 10°. Despite the GO stacks have a tendency to collapse upon heating, the collapsed stacks can be swollen not only in water (strongly) but also in liquid nitrogen (relatively weakly). Therefore, the use of GO in aqueous media can provide great SSA values in contact with the solvent and solute molecules. This could provide high efficiency of the GO use for purification of wastewater, separation of solutes, etc. MLGO produced from natural flake graphite as a precursor (flakes < 0.2 mm in size) using a modified method of ionic hydration and freeze–drying is characterized by typical light brown color, low bulk density, flexible sheet stacks easily collapsed, but its interaction with water results in strong swelling. Interaction between the carbon sheets in preheated MLGO is strong and nonpolar molecules, such as benzene, n–decane, poorly penetrate between the sheets, i.e., intercalation adsorption is small. However, water molecules can effectively penetrate (this is rather intercalation adsorption resulting in swelling) between the sheets, but the swelling effect of water adsorbed from the gas phase could be weaker than that in the aqueous suspensions. Thus, the proposed synthesis method of MLGO using natural graphite is effective and appropriate for preparation of the materials for various practical applications. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:59Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-680 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:33Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6802023-09-13T11:17:44Z 2D–nanostructured carbons: effects of oxidation and packing disordering 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів Gun’ko, V. M. Sementsov, Yu. I. Andriyko, L. S. Nychyporuk, Yu. M. Oranska, O. I. Matkovsky, O. K. Grebel'na, Yu. V. Charmas, B. Skubiszewska–Zięba, J. Kartel, M. T. graphene oxide graphite oxide exfoliated graphite morphological characteristics texture structure heating–cooling–drying effects suspending effects оксид графену оксид графіту розширений графіт морфологічні характеристики текстура структура ефекти нагрівання–охолодження–сушіння ефекти суспендування Various 2D carbons demonstrate significant effects of surface oxidation, heating, suspending–drying, cryogelation, swelling, and adsorption of polar and nonpolar compounds on the morphological, structural, and textural characteristics. Heating at 120–150 °C could result in collapse of pores not only between carbon sheets in stacks but also between neighboring stacks; therefore, the specific surface area (SSA) decreases by a factor of 30–100 for preheated graphene oxides (GO). According to the TEM and XRD data, the GO structure is rather amorphous, since only small X-ray coherent scattering regions demonstrate a certain order giving broad XRD (001) and (002) lines. In the Raman spectra, the D line (disordered defect structures with sp3 hybridized C atoms) intensity for GO is similar to that of the G line (ordered structures with sp2 hybridized C atoms). The graphite oxide (GtO) structure, which is closer to that of graphite than that of GO, is characterized by intensive G and low D lines, and the main XRD peak at 26.4° (characteristic for graphite) is broadened similar to the XRD peak of GO at 10°. Despite the GO stacks have a tendency to collapse upon heating, the collapsed stacks can be swollen not only in water (strongly) but also in liquid nitrogen (relatively weakly). Therefore, the use of GO in aqueous media can provide great SSA values in contact with the solvent and solute molecules. This could provide high efficiency of the GO use for purification of wastewater, separation of solutes, etc. MLGO produced from natural flake graphite as a precursor (flakes < 0.2 mm in size) using a modified method of ionic hydration and freeze–drying is characterized by typical light brown color, low bulk density, flexible sheet stacks easily collapsed, but its interaction with water results in strong swelling. Interaction between the carbon sheets in preheated MLGO is strong and nonpolar molecules, such as benzene, n–decane, poorly penetrate between the sheets, i.e., intercalation adsorption is small. However, water molecules can effectively penetrate (this is rather intercalation adsorption resulting in swelling) between the sheets, but the swelling effect of water adsorbed from the gas phase could be weaker than that in the aqueous suspensions. Thus, the proposed synthesis method of MLGO using natural graphite is effective and appropriate for preparation of the materials for various practical applications. Різноманітні 2D–вуглецеві матеріали демонструють значний вплив поверхневого окиснення, нагрівання, суспендування–сушіння, кріожелювання, набухання, адсорбції полярних і неполярних сполук на морфологічні, структурні та текстурні характеристики. Нагрівання при 120–150 °C може призвести до практичного колапсу пор між вуглецевими листами в стопках та сусідніми стопками, а питома поверхня (ПП) зменшується в 30–100 разів для оксидів графену (OГ). Структура ОГ досить аморфна, оскільки лише невеликі нанорозмірні фрагменти демонструють певне упорядкування. Крім того, інтенсивність лінії D (невпорядковані, дефектні структури з sp3 C атомами) для OГ подібна до інтенсивності лінії G (впорядковані структури з sp2 C атомами) у раманівських спектрах. Структура OГ досить аморфна, хоча і існують невеликі впорядковані кластери, тому лінії XRD (001) і (002) є доволі широкими. Структура оксиду графіту (GtO), яка ближча до структури графіту, ніж структура GO, характеризується головним чином лінією G (D дуже слабка) у спектрах комбінаційного розсіювання та основним піком XRD при 26.4° (характерним для графіту), що є широким подібно до піку XRD при 10° для OГ. Незважаючи на те, що пакети OГ мають тенденцію колапсувати під час нагрівання, вони можуть легко набухати не лише у воді, але й у рідкому азоті. Таким чином, використання ОГ у водних середовищах може забезпечити за рахунок набухання великі значення ПП, яка відповідає площині контактів з розчинником і молекулами чи іонами розчинених речовин. Це може забезпечити високу ефективність використання ОГ для очищення стічних вод, розділення розчинених речовин тощо. OГ, виготовлений із природного лускатого графіту як прекурсора (пластівці < 0.2 мм) за допомогою модифікованого методу іонної гідратації та сублімаційного сушіння, має низьку насипну густину і типовий світло–коричневий колір. Взаємодія ОГ з водою призводить до сильного набухання. Взаємодія між вуглецевими листами в сухому ОГ дуже сильна і неполярні молекули, такі як бензол, н–декан, погано проникають між листами, тобто інтеркаляційна адсорбція невелика, але молекули води можуть ефективно проникати (це скоріше інтеркаляційна адсорбція) між ними. Таким чином, запропонований метод синтезу ОГ з використанням природного графіту є ефективним і придатним для отримання ОГ для різних практичних застосувань. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/680 10.15407/hftp14.03.275 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 275-299 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 3 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 275-299 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 3 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 275-299 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/680/696 Copyright (c) 2023 V. M. Gun’ko, Yu. I. Sementsov, L. S. Andriyko, Yu. M. Nychyporuk, O. I. Oranska, O. K. Matkovsky, Yu. V. Grebel'na, B. Charmas, J. Skubiszewska–Zi?ba, M. T. Kartel |
| spellingShingle | оксид графену оксид графіту розширений графіт морфологічні характеристики текстура структура ефекти нагрівання–охолодження–сушіння ефекти суспендування Gun’ko, V. M. Sementsov, Yu. I. Andriyko, L. S. Nychyporuk, Yu. M. Oranska, O. I. Matkovsky, O. K. Grebel'na, Yu. V. Charmas, B. Skubiszewska–Zięba, J. Kartel, M. T. 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title | 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title_alt | 2D–nanostructured carbons: effects of oxidation and packing disordering |
| title_full | 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title_fullStr | 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title_full_unstemmed | 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title_short | 2D–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| title_sort | 2d–наноструктуровані вуглецеві матеріали: ефекти окиснення та розупорядкування пакетів |
| topic | оксид графену оксид графіту розширений графіт морфологічні характеристики текстура структура ефекти нагрівання–охолодження–сушіння ефекти суспендування |
| topic_facet | graphene oxide graphite oxide exfoliated graphite morphological characteristics texture structure heating–cooling–drying effects suspending effects оксид графену оксид графіту розширений графіт морфологічні характеристики текстура структура ефекти нагрівання–охолодження–сушіння ефекти суспендування |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/680 |
| work_keys_str_mv | AT gunkovm 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT sementsovyui 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT andriykols 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT nychyporukyum 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT oranskaoi 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT matkovskyok 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT grebelnayuv 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT charmasb 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT skubiszewskaziebaj 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT kartelmt 2dnanostructuredcarbonseffectsofoxidationandpackingdisordering AT gunkovm 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT sementsovyui 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT andriykols 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT nychyporukyum 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT oranskaoi 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT matkovskyok 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT grebelnayuv 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT charmasb 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT skubiszewskaziebaj 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív AT kartelmt 2dnanostrukturovanívuglecevímateríaliefektiokisnennâtarozuporâdkuvannâpaketív |