Группа исследователей из Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета совершила важный прорыв в понимании структуры оксида графена. Их работа, опубликованная в журнале Carbon, раскрывает новые аспекты этого многообещающего материала.
Оксид графена, представляющий собой модифицированную форму графена с добавлением кислородсодержащих групп, давно привлекает внимание научного сообщества. Этот двумерный материал, состоящий из углерода, кислорода и водорода, обладает уникальными свойствами, которые делают его перспективным для применения в различных областях - от создания селективных мембран до разработки электродов для химических источников энергии.
Интерес к оксиду графена возник еще в первой половине XX века, но особую популярность он приобрел после открытия проводящих свойств графена в 2006 году. С тех пор оксид графена стал одним из наиболее интенсивно изучаемых материалов в мире науки. Его способность разделяться на отдельные атомарно тонкие листы в растворах открывает широкие возможности для модификации и внедрения в различные полимерные структуры, что позволяет существенно изменять их реологические, проводящие и оптические характеристики.
Несмотря на широкое применение, многие фундаментальные вопросы, касающиеся химической структуры оксида графена, оставались нерешенными. Айрат Димиев, руководитель проекта "Новые подходы к расшифровке строения и химических свойств оксида графена", подчеркнул важность характеризации и стандартизации этого материала для его дальнейшего эффективного использования.
Одним из ключевых методов изучения структуры веществ является инфракрасная спектроскопия. Однако, несмотря на то, что первый инфракрасный спектр оксида графена был получен еще в 1955 году, его полная расшифровка оставалась незавершенной. В частности, оставались неизвестными точные положения полос поглощения, соответствующих основным кислородным группам - эпоксидам и третичным спиртам. Это приводило к частым ошибкам в интерпретации спектральных данных.
Для решения этой проблемы ученые КФУ провели масштабное исследование, синтезировав и изучив несколько десятков модифицированных образцов оксида графена. Они использовали различные методы модификации, включая обработку щелочными реагентами, аминами и бромисто-водородной кислотой, а также подготовили частично окисленные образцы.
Айрат Димиев, чей интерес к оксиду графена зародился еще в 2010 году во время работы в лаборатории профессора Джеймса Тура в Университете Райса (США), отметил ряд необычных свойств этого материала. В частности, он обратил внимание на аномально высокие кислотные свойства и катионообменную емкость водных растворов оксида графена, которые не могли быть объяснены с точки зрения общепринятой структурной модели.
Важно отметить, что в ходе исследования были получены и проанализированы не только инфракрасные спектры, записанные Артуром Ханнановым, но и ЯМР-спектры, подготовленные Айдаром Рахматуллиным. Комплексный подход позволил получить более полную картину структуры оксида графена.
