RO134964B1 - Procedeu de obţinere a materialelor grafenice funcţionalizate cu iod în câmp de microunde - Google Patents
Procedeu de obţinere a materialelor grafenice funcţionalizate cu iod în câmp de microunde Download PDFInfo
- Publication number
- RO134964B1 RO134964B1 ROA202000802A RO202000802A RO134964B1 RO 134964 B1 RO134964 B1 RO 134964B1 RO A202000802 A ROA202000802 A RO A202000802A RO 202000802 A RO202000802 A RO 202000802A RO 134964 B1 RO134964 B1 RO 134964B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- iodine
- graphene
- functionalized
- precursor
- materials
- Prior art date
Links
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims description 94
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 88
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 title claims description 47
- 239000011630 iodine Substances 0.000 title claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 41
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 15
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 150000002496 iodine Chemical class 0.000 claims description 2
- -1 iodine, iodine salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 11
- JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M sodium periodate Chemical compound [Na+].[O-]I(=O)(=O)=O JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 5
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 4
- 229910000043 hydrogen iodide Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 3
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 230000026030 halogenation Effects 0.000 description 2
- 238000005658 halogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 2
- 239000012434 nucleophilic reagent Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- IQMLCMKMSBMMGR-UHFFFAOYSA-N (4-iodophenyl)hydrazine Chemical compound NNC1=CC=C(I)C=C1 IQMLCMKMSBMMGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IXHWGNYCZPISET-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(dicyanomethylidene)-2,3,5,6-tetrafluorocyclohexa-2,5-dien-1-ylidene]propanedinitrile Chemical compound FC1=C(F)C(=C(C#N)C#N)C(F)=C(F)C1=C(C#N)C#N IXHWGNYCZPISET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001503974 Adriana Species 0.000 description 1
- 229910002703 Al K Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003775 Density Functional Theory Methods 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YXIVSUKSBCFYFO-UHFFFAOYSA-N [K].II Chemical compound [K].II YXIVSUKSBCFYFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002159 adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- NNYBQONXHNTVIJ-UHFFFAOYSA-N etodolac Chemical compound C1COC(CC)(CC(O)=O)C2=C1C(C=CC=C1CC)=C1N2 NNYBQONXHNTVIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- BVJUXXYBIMHHDW-UHFFFAOYSA-N iodane Chemical compound I.I BVJUXXYBIMHHDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N iodine(1+) Chemical group [I+] OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940063718 lodine Drugs 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010534 nucleophilic substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000075 poly(4-vinylpyridine) Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- PCCVSPMFGIFTHU-UHFFFAOYSA-N tetracyanoquinodimethane Chemical compound N#CC(C#N)=C1C=CC(=C(C#N)C#N)C=C1 PCCVSPMFGIFTHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005199 ultracentrifugation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Invenția se referă la un procedeu de preparare a materialelor grafenice funcționalizate cu iod în câmp de microunde, printr-o reacție eficientă, sigură, rapidă și ieftină. Materialele grafenice funcționalizate cu iod sunt recunoscute pentru posibilitatea utilizării lor ca materiale catalitice ori electrocatalitice în diverse dispozitive din domeniul energetic, în special pentru fabricarea de electrozi.
Procedeul, conform invenției, utilizează sinteza într-o singură etapă de reacție, iar această cale de sinteză prezintă un mare avantaj, fiind considerată o metodă prietenoasă cu mediul înconjurător, deoarece timpul mai scurt de reacție scade consumul total de energie.
Grafena este varianta bidimensională a grafitului și este alcătuită dintr-un aranjament bidimensional planar de atomi de carbon aflați în starea de hibridizare sp2, ce formează o rețea hexagonală. Descoperită în anul 2004, grafena a fost utilizată rapid în nanoelectronică (tranzistori, senzori). Proprietățile fizice impresionante demonstrate (mobilitatea electronilor cel puțin cu un ordin de mărime mai mare decât a Si, Modulul Young mai mare decât 1TPa, îndoire de 15-20%, ceea ce face acest material foarte atractiv pentru dispozitive electronice flexibile) au demonstrat că grafena, dar și derivații acesteia (oxid de grafenă, oxid de grafenă redus) pot fi compatibile cu tehnicile de prelucrare uzuale și pot fi cu succes utilizate și în domeniul energetic (celule solare, electrozi pentru pile de combustibil, electrolizoare, baterii).
De la descoperirea sa, grafena cu un singur strat sau materialele grafenice cu mai multe straturi au atras un mare interes științific și practic, deoarece utilizarea acestor materiale reprezintă o nouă modalitate de a îmbunătăți activitatea catalitică ori electrocatalitică în diverse dispozitive din domeniul energetic. Datorită suprafeței specifice mari, precum și a prezenței legăturilor de suprafață, derivații acesteia - materialele grafenice prezintă un potențial semnificativ în ceea ce privește funcționalizarea și doparea cu diferiți heteroatomi.
Materialele hibride grafenice funcționalizate sau dopate cu metale/nemetale au demonstrat activități electrocatalitice semnificative la utilizarea drept catalizatori ori electrocatalizatori (anod și catod). În domeniul pilelor de combustibil, de exemplu, un electrocatalizator bazat pe suport grafenic prezintă stabilitate chimică, electrochimică și durabilitate de 2 ori mai mare decât suportul carbonic comercial [H. Wu, D. Wexler, H. Liu, Durability investigation ofgraphene-supportedPtnanocatalysts forPEM fuel cells; J. Solid State Electrochem, 201L; 15:1057-1062; A. Marinoiu, C. Teodorescu, E. Carcadea, M. Raceanu, M. Varlam, C. Cobzaru, I. Ștefănescu, Graphene-basedMaterials Usedas the Catalyst Support for PEMFC Applications, Materials Today:Proceedings, 2015; 2 (6):3797-3805]. Principalul dezavantaj al electrocatalizatorilor care conțin metale nobile ori tranziționale îl constituie durabilitatea scăzută în mediu acid, acest mediu fiind, de exemplu, specific în funcționarea pilelor de combustibil cu membrană schimbătoare de protoni (tip PEMFC). Din acest motiv, diverse materiale grafenice funcționalizate ori dopate cu heteroatomi nemetalici, reprezintă nanocatalizatori intens studiați în vederea utilizării în reacția de reducere a oxigenului (ORR) in PEMFC. Durabilitatea crescută a acestora este legată de fenomenul de redistribuire a sarcinii electronice încărcate pe suprafața grafenelor prin funcționalizarea lor cu diverse nemetale. Calculele de mecanică cuantică au demonstrat căci capacitatea de a accepta/dona electronii heteroatomilor dopanți poate crea sarcini pozitive/negative pe atomii de carbon adiacenți în rețeaua grafitică și, astfel facilitează procesul ORR.
Grafenele dopate cu heteroatomi de tipul azot (N), bor (B), fosfor (P), halogeni (clor CI, brom Br, iod I) au demonstrat recent că pot contribui eficient la îmbunătățirea activității catalitice a ORR. Activitatea electrocatalitică a grafenei dopate cu heteroatomi este influențată de densitatea electronică de spin și de distribuția densității de sarcină electrică pe atomi. Siturile catalitice active din grafena dopată sunt de obicei atomii de carbon cu 1 densitate mare de spin. Grafena dopată introduce electroni nepereche și determină o densitate locală de spin mare, ceea ce conduce la creșterea activității electrocatalitice pentru 3
ORR. Halogenii sunt elemente chimice importante care pot contribui la creșterea activității ORR datorită diferenței de electronegativitate a atomilor de halogen (χ = 2,66-3,98) și 5 atomilor de C (χ = 2,55). În plus, halogenii posedă capacitate diferită de a pierde electroni în comparație cu O2 (χ = 3,44). 7
Cu toate acestea, se pare că acest ”drum nu și-a dezvăluit întregul potențial și sunt necesare mai multe lucrări științifice practice, în special pentru doparea structurii de carbon 9 2D cu atomi de halogeni. Între halogeni, iodul elementar formează molecule diatomice cu formula chimică I2, unde doi atomi de iod împart o pereche de electroni pentru a obține 11 fiecare un octet stabil; la temperaturi ridicate, aceste molecule diatomice disociază reversibil o pereche de atomi de iod. În mod similar, anionul iodurat, IG, este cel mai puternic agent 13 reducător dintre halogenii stabili, fiind cel mai ușor oxidat înapoi la diatomicul I2. Iodul este halogenul cu cea mai mare rază atomică din grup, poate forma legături parțial ionizate care 15 pot favoriza transferul de sarcină. Activitatea ORR poate fi îmbunătățită datorită eficienței electrocatalitice datorată dopajului cu iod, facilitată prin formarea complexilor de transfer de 17 sarcină (I3G și I5G) care sporesc capacitatea de dopare și funcționaliatea suportului grafenic.
Diferența de electronegativitate între heteroatomii dopanți și atomul de carbon din 19 reațeaua de carbon a grafenei funcționalizate covalent ar putea polariza atomii de carbon adiacenți [Y. Zhan, J. Huang, Z. Lin, X. Yu, D. Zeng, X. Zhang, F. Xie, W. Zhang, J. Chen, 21 H. Meng, Iodine/nitrogen co-doped graphene as metal free catalyst for oxygen reduction reaction, Carbon, 2015;95:930-939; H.L. Poh, P. Simek, Z. Sofer, M. Pumera, 23 Halogenation of Graphene with Chlorine, Bromine, orlodine in a Halogen Atmosphere, Chemistry a European Journal, 2013; 19:2655-2662]. Un electrod catodic care include 25 catalizatorul comercial de platină depusă pe carbon (Pt/C) și un catalizator de grafenă dopată cu iod a generat curent cu 33% mai mult comparativ cu catodul comercial format doar 27 din Pt/C. În ceea ce privește durabilitatea, electrozii pe bază de grafene dopate cu iod și-au menținut 85,6-87,4% din curentul inițial după 10000 cicluri, comparativ cu 62,5% pentru 29 electrodul de Pt/C [I.Y. Jeon, H.J.Choi, M.Choi, J.M.Seo, S.M.Jung, M.J.Kim, S.Zhang, L.Zhang, Z.Xia, L. Dai, N. Park, J.B. Baek, Facile, scalable synthesis of edge- 31 halogenated graphene nanoplatelets as efficient metal free eletrocatalysts for oxygen reduction reaction; Sci Rep. 2013; 3:1810.]. 33
Doparea materialelor grafenice prin adsorbție fizică este promițătoare, deoarece poate crește concentrația purtătorilor de sarcină, fără a afecta mobilitatea acestora, ca în 35 cazul dopanților chimici adsorbiți, unde legătura covalentă poate produce uneori defecte cristaline și poate modifica ireversibil structura electronilor. Totuși, pentru utilizarea ca și 37 materiale catalitice pentru ORR se preferă dopanții chimic adsorbiți, în special datorită stabilității electrochimice în condițiile funcționării PEMFC. Iodul este considerat un dopant 39 destul de stabil în comparație cu alți dopanți pe bază de halogen (CI, Br și F) și în comparație cu mulți alți dopanți adsorbiți fizic ori chimic, cum ar fi dopanții metalelor alcaline (K, Li, Na 41 etc), acizii (acid clorhidric, HNO3 și H2SO4) și compușii organici (tetraciano chinodimetan, tetrafluorotetraciano chinodimetan), poli (4-vinilpiridină) și polietilenimină). Cu toate acestea, 43 intercalarea de iod în grafenă multistrat, necesară pentru aplicații potențiale în fabricarea de electrozi, atât fizică și mai ales chimică, a fost considerată dificilă, datorită probabil a 45 interacțiunii puternice dintre straturile de grafenă și dimensiunea moleculară ridicată a atomului de iod. 47
Adsorbția atomilor și a moleculelor de iod pe suprafața grafenei a fost studiată utilizând calcule DFT care au indicat proprietățile structurale, energetice și electronice ale acestor sisteme. S-a demonstrat că suprafața materialelor grafenice poate fi dopată de iod atomic și molecular. S-a observat o deplasare a punctului Dirac de la nivelul Fermi, cu valori de 0,45 eV și 0,08 eV, pentru atomii de iod adsorbiți și respectiv pentru iod molecular. Calculul energiei libere de suprafață arată că orientarea moleculelor de iod adsorbit depinde în mod crucial de concentrația sa și de temperatura sistemului [Damien Tristant, Pascal Puech, I.C. Gerber. Theoretical study of graphene doping mechanism byiodine molecules. Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2015, 119 (21),pp. 12071-12078].
Uzual, grafenele halogenate se sintetizează prin reducere și exfoliere termică într-un reactor de sticlă de cuarț etanș într-o atmosferă controlată. Reactorul e echipat cu o capsulă de sticlă poroasă din cuarț conectată la un manipulator magnetic, iar această configurație este capabilă să producă un gradient mare de temperatură la presiune de 100 kPa. Pentru a obține o concentrație mai mare de iod, oxidul de grafit a fost amestecat cu iod într-un raport de masă 1:1, dispersat în acetonă și evaporat la sec la temperatura camerei. Amestecul de iod/oxid de grafit a fost plasat într-o capsulă de cuarț și reactorul a fost spălat de mai multe ori cu azot de înaltă puritate [Hwee Ling Poh, Petr Simek, Zdene'k Șofer, Martin Pumera, Halogenation of Graphene with Chlorine, Bromine, or lodine by Exfoliationin a Halogen Atmosphere, Chem. Eur. J., 2013,19, 2655-2662]. Dezavantajul acestei metode îl constituie presiunea mare de lucru precum și necesitatea prezenței de azot de înaltă puritate pentru a îndepărta subprodusele formate în urma reacției.
Deoarece unele grupări funcționale de pe suprafața materialelor grafenice sunt ușor atacate de reactivii nucleofili puternici, este posibilă încorporarea iodului pe suprafața grafenelor. Astfel, rGO poate fi modificată pentru a produce materiale pe bază de grafenă datorită prezenței grupărilor care conțin oxigen (grupări hidroxil, epoxi, carboxil și carbonil). Grupările epoxidice și hidroxil sunt ușor atacate de reactivii nucleofili în prezența acizilor tari [Jie Chen, Chao Wu,Chun Tang,Wenxi Zhao, Maowen Xu, Chang Ming Li, Energy Technology & Environmental Science, Chem istry Select, lodine-Doped Graphene with Opportune Interlayer Spacing as Superior Anode Materials for High-Performance Lithium-Ion Batteries, 2017, 2, 5518-5523].
Au fost obținute grafene dopate cu iod prin reacția de substituție între oxidul de grafenă și acidul iodhidric la 80-85°C, într-o instalație simplă de laborator (balon termostatat prevăzut cu agitare mecanică, termometru, refrigerent de reflux și pâlnie de dozare). După etapa de perfectare (24 h) masa de reacție se răcește și se separă prin ultracentrifugare. Iodul elementar în exces din solidul obținut se separă prin extracție repetată în acetonă, iar după uscare la 50°C până la masa constantă se obține grafenă dopată cu iod [Marinoiu Adriana, Carcadea Elena, Raceanu Mircea, Patularu Laurentiu, Varlam Mihai, Grafene dopate cu iod și procedeu de obținere a acestora, BOPI nr 6/2019, RO 132950 B1].
Cheol-Ho Lee, ș.a., “Synthesis and Properties of Nitrogen and Iodine CoFunctionalized Graphene Oxide and Its Electrochemical Applications”, Science of Advanced Materials, vol. 7, pp. 1-6, 2016 se referă la grafene reduse și co-funcționalizate cu azot și iod obținute utilizând agenți de reducere pe bază de hidrazină care conțin atomi de azot și iod la temperaturi relativ scăzute. Oxidul de grafenă sintetizat este dispersat în apă deionizată utilizând o baie ultrasonică. La suspensie se adaugă apoi 4-iodofenilhidrazină sub agitare la 90°C, suspensia este apoi filtrată, spălată și uscată.
De asemenea, sunt descrise grafene dopate cu iod care s-au obținut prin 1 amestecarea dispersiei de oxid de grafenă cu acid iodhidric ca precursor de iod, amestecul obținut fiind spălat cu apă deionizată și uscat până la greutate constantă. Grafena astfel 3 obținută prezintă mezopori, goluri și o suprafață specifică mare [A. Marinoiu, E. Carcadea, M. Răceanu și M. Varlam “Iodine doped graphene for enhanced oxygen reduction 5 reaction in PEM fiel cell applications” publicat în 22 August 2018] și o grafenă dopată cu iod obținută prin substituție nucleofilă a oxidului de grafenă prin reducere cu acid iodhidric. 7 Grafena astfel obținută prezintă mezopori, goluri și o suprafață specifică mare [A. Marinoiu, E. Carcadea, M. Răceanu și M. Varlam “Iodine-doped graphene - cataliyst layer in PEM 9 fuel cells”].
Principalele dezavantaje ale procedeelor menționate le constituie metodele de 11 preparare implicate, cu multiplele activități de operare, utilizarea de reactivi toxici, precum și echipamentele sofisticate, făcând ca procedeele să fie puțin atractive pentru a fi transpuse 13 la scară largă în producție. Alte dezavantaje sunt condițiile dure de reacție, ce necesită temperaturi înalte ori presiuni ridicate. 15
Conform prezentei invenții, procedeul de preparare a grafenelor funcționalizate cu iod este simplu, nu prezintă dificultăți tehnologice de sinteză, activitățile de operare, 17 exploatare și control sunt ușor de executat, procesul implică o singură etapă de reacție, procedeul e economic, iar reactivii și materialele folosite sunt ușor accesibile și ieftine 19 comparativ cu metodele actuale de preparare a grafenelor dopate cu heteroatomi.
Problema tehnică pe care urmărește să o rezolve invenția constă în prepararea de 21 materiale grafenice funcționalizate cu iod, utilizând un procedeu simplu și rapid, care se desfășoară în condiții blânde de reacție. 23
Procedeul, conform invenției, prezintă o abordare originală: o cale rapidă și eficientă din punct de vedere al costurilor, de preparare a grafenelor funcționalizate cu iod, pornind 25 de la oxid de grafenă comercial, diverse surse de iod (iod elementar, acid iodhidric, iodură de potasiu și perioadat de sodiu) și un agent reducător (borohidrura de sodiu). 27
Conform exemplului 1, s-a folosit ca sursă de I, o soluție de iod elementar, întrucât, deși este cel mai puțin reactiv dintre halogenii stabili, iodul este încă unul dintre cele mai 29 reactive elemente. Legătura carbon - iod este un grup funcțional comun care face parte din chimia organică de bază; în mod formal, acești compuși pot fi considerați ca derivați organici 31 ai anionului iodură. În plus, deoarece iodul are cea mai mică energie de ionizare dintre halogeni și este cel mai ușor oxidat dintre aceștia, are o chimie cationică mai semnificativă, 33 iar stările sale de oxidare mai ridicate sunt destul de stabile decât cele ale bromului și clorului. 35
Grafena funcționalizată cu iod (Proba A) a fost preparată folosind o metodă chimică simplă, descrisă în continuare. O cantitate de 250 mg pulbere de oxid de grafenă (GO) a fost 37 dispersată în apă demineralizată și soluție de etanol. S-a adăugat soluție de iod elementar la dispersia preparată și s-a ultrasonat. Amestecul obținut a fost introdus într-un reactor cu 39 microunde (MARS 6 One touch, CEM), iar reacția a avut loc în următoarele condiții: temperatură de reacție 40-50°C, putere microunde 800 W, timp de reacție 30 min. Încălzirea 41 cu microunde se realizează datorită efectului de polarizare al radiațiilor electromagnetice la frecvențe cuprinse între 300 MHz și 300 GHz. Timpul de iradiere în câmp de microunde s-a 43 dovedit a fi parametrul cheie pentru controlul morfologiei nanostructurilor grafenice dopate ori funcționalizate. Combinația între condițiile hidrotermale și iradiația în câmp de microunde 45 a redus în mod semnificativ timpul de reacție necesar formării legăturilor chimice C - I. Au fost obținute materiale grafenice funcționalizate cu morfologii specifice deja după 15 min de iradiere în câmp de microunde. În plus, datorită scurtării timpului de reacție, metoda hidrotermală asistată de microunde poate fi considerată că e o metodă prietenoasă cu mediul înconjurător, deoarece timpul mai scurt de reacție scade și consumul total de energie.
Produsul de reacție a fost recuperat, filtrat, spălat intensiv cu apă demineralizată și uscat prin liofilizare. S-a obținut grafena funcționalizată cu iod, sub formă de pulbere neagră. Produsul obținut (I/rGO) este perfect dispersabil în apă demineralizată prin ultrasonare, timp de 15 min la temperatura camerei.
Conform exemplului 2 (Proba B), s-a folosit ca sursă de iod o soluție apoasă pe bază de săruri de iod (iodura de potasiu și periodat de sodiu), adăugate pentru a crește solubilitatea prin formarea de ioni triiodură, printre alte poliioduri.
Grafena funcționalizată cu iod (Proba B) a fost preparată folosind o metodă chimică simplă, descrisă în continuare. O cantitate de 250 mg pulbere de oxid de grafenă (GO) a fost dispersată în apă demineralizată și soluție de etanol, folosind atât o baie cu ultrasunete, cât și un ultrasonicator. S-a adăugat soluția formată din cele două săruri la dispersia de GO, iar dispersia formată s-a ultrasonat. Amestecul obținut s-a introdus în reactorul cu microunde în condițiile de reacție menționate (temperatura de reacție 40-50°C, timp de reacție 30 min, putere microunde 800 W). Produsul de reacție a fost separat, spălat intensiv cu apă demineralizată și uscat prin liofilizare. S-a obținut grafena funcționalizată cu iod, sub formă de pulbere neagră, care este produs, de asemenea, perfect dispersabil în apă.
Conform exemplului 3 (Proba C), s-a folosit ca sursă de iod, o soluție apoasă de iodură de hidrogen, cunoscută sub numele de acid hidroiodic (acid iodhidric), care este un acid puternic. Iodura de hidrogen este extrem de solubilă în apă: un litru de apă va dizolva 425 de litri de iodură de hidrogen, iar soluția saturată are doar patru molecule de apă pe moleculă de iodură de hidrogen. Așa-numitul acid hidroiodic comercial conține de obicei 4857% HI în masă. Este un compus endoterm care poate disocia exoterm la temperatura camerei.
Grafena funcționalizată cu iod (Proba C) a fost preparată folosind o metodă chimică simplă, descrisă în continuare. O cantitate de 250 mg pulbere de oxid de grafenă (GO) a fost dispersată în apă demineralizată și soluție de etanol. S-a adăugat soluția o soluție de HI la dispersia de GO, iar dispersia formată s-a ultrasonat. Amestecul obținut s-a introdus în reactorul cu microunde în condițiile de reacție menționate (temperatura de reacție 40-50°C, timp de reacție 30 min, putere microunde 800 W). Produsul de reacție a fost recuperat, filtrat, spălat intensiv cu apă demineralizată și uscat prin liofilizare. S-a obținut grafena funcționalizată cu iod, sub formă de pulbere neagră, produs perfect dispersabil în apă.
Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a grafenelor funcționalizate cu iod în câmp de microunde, în condiții blânde de reacție. Procedeul de sinteză chimică, conform prezentei invenții, include o metodologie de lucru într-o singură etapă, prezentată schematic în fig. 1.
Această invenție constă în aceea că, pornind de la un material accesibil comercial oxidul de grafenă, printr-un procedeu special conceput de sinteză chimică în câmp de microunde, se obțin grafene funcționalizate cu iod cu proprietăți morfologice și structurale specifice.
În documentarea efectuată până la depunerea cererii de brevet, nu a fost identificat nici un alt brevet referitor la prepararea de materiale nanocompozite de grafene dopate cu iod în câmp de microunde.
Materialele grafeice dopate cu iod, conform invenției, constau în aceea că se obțin pornind de la oxid de grafenă comercial, printr-un procedeu într-o singură etapă de reacție, în condiții blânde de reacție în câmp de microunde (40-50°C, 30 min, 800 W).
Se prezintă în continuare 3 exemple de materiale tip grafenă dopată cu iod preparate 1 conform invenției, în legătură cu fig. 2...8 ce reprezintă:
- fig. 2, prezintă analiza de microscopie electronică (SEM) cu referire la materialul 3 grafenă funcționalizată cu iod pornind de la precursorul de iod - soluție de iod elementar (Proba A); 5
- fig. 3, prezintă rezultatele măsurătorilor de spectroscopie de fotoelectroni de raze
X, cu referire la materialul grafenă functionalizată cu iod, pornind de la precursorul de 7 I - soluție de iod elementar (Proba A);
- fig. 4, prezintă rezultatele măsurătorilor de spectroscopie de fotoelectroni de raze 9 X, cu referire la materialul grafenă funcționalizată cu iod, pornind de la precursorul de
I - soluție apoasă de săruri (perioadat de sodiu, iodura de potasiu) (Proba B); 11
- fig. 5, prezintă rezultatele măsurătorilor de spectroscopie de fotoelectroni de raze X, cu referire la materialul grafenă funcționalizată cu iod, pornind de la precursorul de 13 I - soluție de acid hidroiodic (Proba C);
- fig. 6, prezintă izotermele de adsorbție - desorbție a azotului obținute prin metoda 15 BET și distribuția mărimii porilor prin metoda BJH, cu referire la materialul grafenă funcționalizată cu iod, pornind de la precursorul de I - soluție de iod elementar (Proba A); 17
- fig. 7, prezintă izotermele de adsorbție-desorbție a azotului obținute prin metoda BET și distribuția mărimii porilor prin metoda BJH, cu referire la materialul grafenă dopată 19 cu iod, pornind de la precursorul de I - soluție apoasă de săruri (periodat de sodiu, iodura de potasiu) (Proba B); 21
- fig. 8, prezintă izotermele de adsorbție-desorbție a azotului obținute prin metoda BET și distribuția mărimii porilor prin metoda BJH, cu referire la materialul grafenă 23 funcționalizată cu iod, pornind de la precursorul de I - soluție de acid hidroiodic (Proba C).
Morfologiile probelor preparate au fost observate folosind microscopia electronică 25 SEM. S-a constatat că toate grafenele funcționalizate cu iod preparate prezintă o microstructură tipică pufoasă, cu încrețituri, și aproape transparente, care se suprapun, formând un 27 material compus din foițe mici ușor ondulate, construind o porozitate bună (grafenă funcționalizată cu iod - Proba A este prezentată în fig. 2). Aceste caracteristici sunt extrem 29 de valoroase în domeniul electrozilor pentru pile tip PEMFC, deoarece oferă o suprafață ridicată și asigură un transport de masă eficient și o bună accesibilitate către și de la siturile 31 catalitice.
Compoziția elementară a materialelor grafenice preparate a fost realizată prin 33 măsurători de spectroscopie de fotoelectroni cu raze X (XPS). Măsurătorile de spectroscopie de fotoelectroni de raze X au fost realizate utilizând spectrometrul de fotoelectroni de raze 35 X, PHI-5000 VersaProbe, PHI-Ulvac/Physical Electronics). Spectrele XPS au fost realizate utilizând radiația Al Ka monocromatică (1486,7 eV). Analiza elementară calitativă a probelor 37 analizate s-a făcut prin achiziționarea spectrelor largi, iar identificarea diferitelor tipuri de legături chimice care se formează la suprafață s-a realizat prin deconvoluțiile spectrelor de 39 înaltă rezoluție ale elementelor chimice existente la suprafața probei respective. Spectrele XPS au fost interpretate utilizând software-ul PHI-MultiPak. Concentrațiile atomice ale 41 elementelor chimice au fost determinate din ariile peak-urilor, ținând cont de factorii de sensibilitate ale elementelor analizate, realizându-se astfel analiza elementară cantitativă. 43
În fig. 3, 4 și 5 sunt prezentate spectrele generale și deconvoluțiile spectrelelor de înaltă rezoluție. Concentrațiile atomice ale elementelor chimice pentru probele analizate au fost 45 calculate și sunt prezentate în tabelul 1.
Proprietăți fizice și chimice ale probelor preparate
Tabelul 1
| Proba | Compoziție chimică (%at.) | Compoziție chimică (% în greutate) | Suprafața specifică (mg2 g-1) | Rază pori (nm) | Volum pori (cm3 g-1) | ||||
| C | O | I | C | O | I | ||||
| Proba A | 96,1 | 3,49 | 0,41 | 91,44 | 4,43 | 4,13 | 310 | 1,9664 | 3,256 |
| Proba B | 84 | 15,87 | 0,13 | 78,85 | 19,86 | 1,29 | 116 | 1,9660 | 0,360 |
| Proba C | 95,44 | 3,81 | 0,75 | 88 | 4,68 | 7,32 | 355 | 1,9682 | 3,531 |
Pentru toate tipurile de probe a fost pusă în evidență prezența atomilor de carbon (C), oxigen (O) și iod (I). Această tehnică avansată a confirmat funcționalizarea cu iod, astfel:
(i) materialele grafenice funcționalizate cu iod, pornind de la precursorul de iod soluție de iod elementar, au dat cea mai mare concentrație de dopare cu I de 0,41%at., respectiv 4,13%wt. (Proba A).
(ii) materialele grafenice funcționalizate cu iod, pornind de la precursorul de I - soluție de săruri (perioadat de sodiu, iodura de potasiu), au dat cea mai mare concentrație de dopare cu I de 0,13% at., respectiv 1,29% în greutate (Proba B).
(iii) materialele grafenice funcționalizate cu iod, pornind de la precursorul de I - soluție de acid hidroiodic, au dat cea mai mare concentrație de dopare cu I de 0,75% at., respectiv 7,32% în greutate (Proba C).
Introducerea legăturilor chimice a fost confirmată și spectrele de înaltă rezoluție au fost colectate pentru tranzițiile proeminente ale elementelor chimice: Cls, Ols, I3d5/2, care indică faptul că iodul a fost legat cu succes pe suprafețele grafenei. S-a remarcat prezența predominantă a carbonului (1s, 284,5 eV) împreună cu heteroatomii O (Is, 532 eV) și I (3d, 619,8 eV). Din analiza spectrelor XPS de înaltă rezoluție se observă că semnalul I3d a fost detectat ca dublet 3d5/2, 3d3/2 cu BE la aproximativ 619,8 eV și 624 eV.
Datorită aspectului poros al materialelor preparate confirmat prin analiza SEM este necesară determinarea suprafaței specifice. Analiza de suprafață specifică a grafenelor preparate s-a realizat folosind echipamentul Autosorb IQ (Quantachrome) și utilizând metoda Brunauer-Emmett-Teller (BET). Izotermele de adsorbție și desorbție de azot au fost măsurate la 77 K, iar analizele de porozitate, respectiv volumul porilor și raza porilor au fost estimate prin metoda Barret-Joyner-Halenda (BJH). Înainte de măsurătorile de adsorbtie propriu-zise, probele a fost degazate la 393 K, timp de 6 h.
Toate izotermele de adsorbție-desorbție obținute corespund tipului IV, conform clasificării IUPAC, cu un comportament tipic pentru o structură mezoporoasă cu distribuție uniformă a mărimii porilor, sugerând că materialele preparate posedă proprietăți bune de transport printre micropori, canale mezoporoase și macro-poroase în grafenele funcționalizate cu I. Suprafațele specifice calculate și proprietățile texturale estimate pentru volumul de pori și raza porilor sunt prezentate în tabelul 1.
Studiul buclelor de histerezis a arătat, de asemenea, prezența unor ramuri aproape paralele de adsorbtie și desorbție, ceea ce sugerează o structură mezoporoasă specifică, compusă din pori primari și secundari. Bucla de histerezis este cauzată în principal de mecanisme diferite între condensarea capilară și procesele de evaporare care apar în porii cu intrări înguste și interiorul porilor mari cu rețea poroasă. Datele de distribuție a mărimii porilor au fost obținute din ramurile de desorbție ale izotermei si sunt prezentate grafic. Este 1 bine cunoscut faptul că porii dintr-un strat de catalizator ORR trebuie să posede două roluri complementare, și anume porii primari acționează ca volum de reacție, în timp ce porii 3 secundari joacă rolul canalelor de curgere a gazelor prin structura poroasă. Pe baza clasificării menționate, a fost estimată o structură în principal mezoporoasă pentru toate 5 probele preparate. Distribuția porilor implica o structură poroasă ierarhică care poate să contribuie de asemenea, la performanțe ORR, în special în procesul de transport al 7 reactanților și produsului de reacție prin structura grafenică poroasă.
Claims (4)
- Revendicări1. Procedeu de obținere a grafenelor funcționalizate cu iod, caracterizat prin aceea că, constă dintr-o singură etapă de reacție în care suspensia ultrasonată de oxid de grafenă se amestecă cu un agent reducător, cum ar fi, etanol și un precursor de iod, cum ar fi, iod elementar, săruri de iod, sau acid iodhidric și amestecul de reacție se introduce în câmp de microunde, la o temperatură de 40-50°C, timp de 30 min, la o putere de 800 W.
- 2. Grafenă funcționalizată cu iod obținută conform procedeului definit în revendicarea 1, utilizând ca precursor de I o soluție de iod elementar, caracterizată prin aceea că, prezintă o concentrație de dopare cu I de 0,41% at., respectiv 4,13% în greutate, o suprafață specifică de 310 m2/g și porozitate, putând fi utilizată ca material catalitic.
- 3. Grafenă funcționalizată cu iod obținută conform procedeului definit în revendicarea 1, utilizând ca precursor de I o soluție apoasă de săruri de iod, caracterizată prin aceea că, prezintă o concentrație de dopare cu I, de 0,13% at., respectiv 1,29% în greutate, o suprafață specifică de 116 m2/g și porozitate, putând fi utilizată ca material catalitic.
- 4. Grafenă funcționalizată cu iod obținută conform procedeului definit în revendicarea 1, utilizând ca precursor de I o soluție de acid iodhidric, caracterizată prin aceea că, prezintă o concentrație de dopare cu I, de 0,75% at., respectiv 7,32% în greutate, o suprafață specifică de 355 m2/g și porozitate, putând fi utilizată ca material catalitic.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202000802A RO134964B1 (ro) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | Procedeu de obţinere a materialelor grafenice funcţionalizate cu iod în câmp de microunde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202000802A RO134964B1 (ro) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | Procedeu de obţinere a materialelor grafenice funcţionalizate cu iod în câmp de microunde |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO134964A0 RO134964A0 (ro) | 2021-05-28 |
| RO134964B1 true RO134964B1 (ro) | 2023-02-28 |
Family
ID=76070093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA202000802A RO134964B1 (ro) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | Procedeu de obţinere a materialelor grafenice funcţionalizate cu iod în câmp de microunde |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO134964B1 (ro) |
-
2020
- 2020-12-03 RO ROA202000802A patent/RO134964B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO134964A0 (ro) | 2021-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Sodium-doped carbon nitride nanotubes for efficient visible light-driven hydrogen production | |
| Guo et al. | Ultrahigh oxygen-doped carbon quantum dots for highly efficient H 2 O 2 production via two-electron electrochemical oxygen reduction | |
| Septiani et al. | Tailorable nanoarchitecturing of bimetallic nickel–cobalt hydrogen phosphate via the self-weaving of nanotubes for efficient oxygen evolution | |
| Chen et al. | A direct H2O2 production based on hollow porous carbon sphere-sulfur nanocrystal composites by confinement effect as oxygen reduction electrocatalysts | |
| Nguyen et al. | Doping mechanism directed graphene applications for energy conversion and storage | |
| Zhou et al. | Towards high-efficiency nanoelectrocatalysts for oxygen reduction through engineering advanced carbon nanomaterials | |
| Sanetuntikul et al. | Hollow nitrogen-doped carbon spheres as efficient and durable electrocatalysts for oxygen reduction | |
| Li et al. | Exploration of Lewis basicity and oxygen reduction reaction activity in plasma-tailored nitrogen-doped carbon electrocatalysts | |
| Zou et al. | Bimetallic phosphide hollow nanocubes derived from a prussian-blue-analog used as high-performance catalysts for the oxygen evolution reaction | |
| Shi et al. | Hierarchically porous nitrogen-doped carbon nanotubes derived from core–shell ZnO@ zeolitic imidazolate framework nanorods for highly efficient oxygen reduction reactions | |
| Huo et al. | A rational synthesis of single-atom iron–nitrogen electrocatalysts for highly efficient oxygen reduction reaction | |
| Zhang et al. | Highly graphitized nitrogen-doped porous carbon nanopolyhedra derived from ZIF-8 nanocrystals as efficient electrocatalysts for oxygen reduction reactions | |
| US9637388B2 (en) | Process for preparation of nanoporous graphene and graphene quantum dots | |
| Huang et al. | Ultraviolet-assisted preparation of mesoporous WO 3/reduced graphene oxide composites: superior interfacial contacts and enhanced photocatalysis | |
| Zhang et al. | Synergistically coupling CoS/FeS 2 heterojunction nanosheets on a MXene via a dual molten salt etching strategy for efficient oxygen evolution reaction | |
| Zuo et al. | Hierarchically porous Fe–N–C derived from covalent-organic materials as a highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction | |
| Xiong et al. | Surfactant-mediated synthesis of single-crystalline Bi 3 O 4 Br nanorings with enhanced photocatalytic activity | |
| Zheng et al. | Hierarchical porous carbon microrods composed of vertically aligned graphene-like nanosheets for Li-ion batteries | |
| Liu et al. | Confined reaction inside nanotubes: New approach to mesoporous g-C3N4 photocatalysts | |
| Tian et al. | Vanadium carbide: an efficient, robust, and versatile cocatalyst for photocatalytic hydrogen evolution under visible light | |
| Chen et al. | Graphene/porous cobalt nanocomposite and its noticeable electrochemical hydrogen storage ability at room temperature | |
| Tao et al. | Facile synthesis of highly graphitized porous carbon monoliths with a balance on crystallization and pore-structure | |
| Jothi et al. | Surfactant-assisted synthesis of nanoporous nickel sulfide flakes and their hybridization with reduced graphene oxides for supercapacitor applications | |
| Xiong et al. | Direct conversion of Bi nanospheres into 3D flower-like BiOBr nanoarchitectures with enhanced photocatalytic properties | |
| Jeoung et al. | Direct conversion of coordination compounds into Ni 2 P nanoparticles entrapped in 3D mesoporous graphene for an efficient hydrogen evolution reaction |