Grafenos preparados por métodos químicos: características y aplicaciones

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo principal el desarrollo de técnicas de preparación de grafeno que puedan utilizarse a gran escala de forma eficaz y segura. Actualmente, una de las técnicas más prometedoras es la basada en la exfoliación de óxido de grafito a óxido de grafeno y su posterior reducción. En este trabajo se han investigado agentes reductores eficaces y seguros del óxido de grafeno, como alternativa a la hidracina, que se usa comúnmente, pero es tóxica y dañina para el medio ambiente. En particular, se ensayaron numerosos antioxidantes naturales, entre ellos vitaminas, aminoácidos o ácidos orgánicos como posibles reductores del óxido de grafeno. Fue posible identificar 9 nuevos agentes reductores eficaces, siendo alguno de ellos (por ejemplo, la vitamina C) sustitutos potenciales de la hidracina. Para que las dispersiones acuosas de láminas de óxido de grafeno reducido químicamente sean coloidalmente estables, es necesario mantener dichas dispersiones bajo condiciones fisicoquímicas (pH, concentración de láminas, concentración de electrolito, etc.) estrictas, y si estas condiciones varían debe utilizarse un agente que estabilice coloidalmente las láminas. En este trabajo, se realizó un estudio comparativo del uso de un amplio conjunto de surfactantes para estabilizar dispersiones de óxido de grafeno en condiciones fisicoquímicas adversas. Se observó que la eficacia de los surfactantes dependía de las características del surfactante utilizado y de su concentración, y que el surfactante más adecuado para estabilizar las láminas varía en función de las condiciones específicas del medio coloidal. Otro método de preparación de grafeno investigado en el presente trabajo fue la exfoliación directa de grafito prístino en agua inducida por ultrasonidos, que requiere necesariamente el uso de estabilizadores de la dispersión. Se llevó a cabo un estudio comparativo sobre la capacidad y eficacia de distintos surfactantes iónicos y no iónicos para dicho fin. Se concluyó que, en general, los surfactantes no iónicos son más eficaces que los iónicos para exfoliar y estabilizar altas concentraciones de grafeno estructuralmente perfecto. Finalmente, en el presente trabajo se prepararon y caracterizaron materiales híbridos formados por grafeno y bien nanopartículas metálicas o nanopartículas de sílice mesoporosa, que tienen utilidad potencial en diversas aplicaciones. En particular, se ha demostrado que determinados híbridos grafeno-nanopartícula de plata poseen una excelente actividad catalítica en la reducción de 4-nitrofenol con borohidruro de sodio.