Funcionalização química de nanotubos de carbono e formação de grafeno

Abstract

O grafeno tem suscitado um interesse exponencial nos últimos anos em diversas áreas científicas devido às suas excelentes propriedades. Neste sentido, a obtenção de grafeno em grande escala, com qualidade controlada e um custo razoável torna-se um factor essencial e muito importante para as inúmeras possíveis aplicações deste material. A obtenção de fitas de grafeno a partir da exfoliação ou “unzipping” de nanotubos de carbono (CNTs) previamente funcionalizados apresenta-se como uma metodologia muito promissora. As fitas de grafeno obtidas podem apresentar boa qualidade estrutural e propriedades ópticas e electrónicas muito interessantes. Neste trabalho foram produzidas nanofitas de grafeno por exfoliação de diferentes tipos de CNTs. A exfoliação foi induzida em CNTs funcionalizados usando a reacção de cicloadição dipolar 1,3. Esta metodologia surge como uma nova abordagem para a obtenção de nanofitas de grafeno, apresentandose como um método simples e de custo relativamente baixo. As fitas assim formadas podem ter uma estrutura de grafeno muito perfeita, dependendo do grau de funcionalização induzido, e contêm grupos funcionais localizados de um dos lados do grafeno, o que permite estabelecer interacções fortes com solventes e polímeros. Os CNTs funcionalizados foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). As soluções de grafeno obtidas foram caracterizadas por espectroscopia de Ultravioleta - Visível, espectroscopia de Raman, TGA, microscopia óptica e microscopia electrónica de transmissão (TEM). A conjugação das técnicas de TGA e de espectroscopia de UV-Visível permitiu a determinação da absortividade mássica do grafeno produzido.

The interest in graphene has grown exponentially along the past few years, due to its excellent properties and wide range of possible applications in various scientific fields. The preparation of this material in large scale, with controlled quality and reasonable cost, became an important target and research topic. The production of graphene ribbons by unzipping of previously functionalized carbon nanotubes (CNTs) became a promising approach that may lead to the formation of good quality graphene nanoribbons with interesting optical and electronic properties. In the present work, graphene ribbons were obtained by unzipping of different types of CNTs that were functionalized by the 1,3-dipolar cycloaddition reaction. This new method is a simple approach for the formation of graphene nanoribbons at a reasonable low cost. The nanoribbons thus formed may present a perfect graphene structure, depending on the functionalization degree. They contain functional groups localized on one side of the graphene layer allowing further interactions with solvents and polymers. The functionalized CNTs were characterized by thermogravimetric analysis (TGA) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The graphene solutions were characterized by Ultraviolet–Visible spectroscopy, Raman spectroscopy, TGA, optical microscopy and transmission electron microscopy (TEM). The combination of TGA and UV-Visible spectroscopy allowed the determination of the weight absorptivity for the graphene produced in solution.