High Pressure Growth Approach for the Preparation of Reduced Graphene Oxide and its Investigation Using Raman Spectroscopy

Abstract

Похідні графену демонструють надзвичайні механічні, оптичні та електронні властивості, які викликали високий науковий інтерес, і мають величезний потенціал для використання у різних додатках. Раманівська спектроскопія є універсальним інструментом для характеристики та ідентифікації хімічних та фізичних властивостей похідних графену. Ми описуємо основні процеси раманівського розсіювання режимів першого (G) та другого порядку (D, G*, 2D, G + D, 2G), які мають місце в оксиді графену (GO) та відновленому оксиді графену (r-GO), підготовлених методом вирощування при високому тиску. Для r-GO лінії розширені і трохи зміщені в червону область для всіх смуг порівняно з GO через розвинення деформації під час вирощування при високому тиску (гідротермальний процес) в результаті видалення функціональних груп кисню. Обговорюється нормалізоване відношення інтенсивностей (ID/IG) для GO та r-GO. В обох зразках відношення ID/IG є високим, що свідчить про малі розміри GO та r-GO та наявність турбостратичного вуглецю та невпорядкованих структур. Зіставлення піків 2D-смуги демонструє чотири Лоренцівські піки, а інтенсивність 2D-смуги у порівнянні із Gсмугою сильно зменшується, що підтверджує, що ми успішно синтезували двошаровий/тришаровий GO та r-GO. Для GO та r-GO розраховано розмір кристалітів (La). Існування 2D-смуги підтверджує, що ми успішно синтезували високоякісні GO та r-GO.

Graphene derivatives show extraordinary mechanical, optical, and electronic properties, which gave rise to high scientific interest and huge potential for a variety of applications. Raman spectroscopy is a versatile tool to characterize and identify the chemical and physical properties of graphene derivatives. We describe essential Raman scattering processes of the first- (G) and second-order (D, G*, 2D, G + D, 2G) modes in GO and r-GO prepared by a high-pressure growth approach. In r-GO, the linewidth is broadened and slightly red-shifted in all the bands, in comparison with GO because of strain development during the high-pressure growth approach (hydrothermal process) as a result of removal of oxygen functionalities. A normalized intensity ratio (ID/IG) for GO and r-GO is discussed. In both the samples, ID/IG is high which indicates the small size of GO and r-GO and the presence of turbostratic carbon and disordered structures. The peak fitting of the 2D band exhibits four Lorentzian peaks, and the intensity of the 2D band with respect to the G band is strongly reduced, which confirms that we have successfully synthesized bilayer/ trilayer GO and r-GO. For GO and r-GO, the crystallite size (La) is calculated. The existence of the 2D band confirms that we have successfully synthesized high-quality GO and r-GO.