Tuning of Graphene Oxide Thin Films Synthesis and Characterization with Electronic Behaviour

Abstract

Оксид графену (GO) синтезується за допомогою вдосконаленого методу Хаммерса, підвищуючи його розчинність, дисперсність та реакційну здатність, вводячи кисневі функціональні групи. Процес передбачає окислення очищених природних графітових пластівців з подальшим сольвотермальним лікуванням. Відлущування оксиду графіту в дистильованій воді за допомогою ультразвукових хвиль призводить до утворення тонкої плівки оксиду графену. Цей метод оптимізує виробництво GO, використовуючи його унікальні властивості для різних застосувань у матеріалознавстві та нанотехнології. Структурні та фізико-хімічні характеристики матеріалів аналізували за допомогою рентгенівської порошкової дифракції (XRD), трансформації Фур'є (FTIR), скануючої електронної мікроскопії (SEM) та ультрафіолетової спектроскопії (УФ-ВІЗ). XRD Peak вказав 2𝜃 0 = 10.050 на міжшаровий інтервал 0,83 нм. Аналізи FTIR та Рамана виявили введення атомів кисню в графітовий шар, утворюючи різні хімічні зв’язки, такі як C-H, OH, C = O, C-O-C та COOH з графеном. Зображення SEM проілюстрували утворення ультратонких та однорідних графенових плівок. Ультрафіолетові спектри GO демонстрували чіткий пік поглинання приблизно на 239 нм, що відповідає π − π ∗ переходу атомного зв'язку C-C та при 301 нм, який відповідає переходу 𝑛 − π ∗ ароматичних зв'язків C-C. Електрохімічна поведінка склоподібного вуглецевого електрода, модифікованого з GO, була досліджена за допомогою системи окислювально -відновної пари 𝐾3 [𝐹𝑒(𝐶𝑁)6 ]. Результати показали, що процес передачі електронів контролював електрохімічну поведінку.

Graphene oxide (GO), a graphene derivative, is synthesized through an improved Hummers method, enhancing its solubility, dispersibility, and reactivity by introducing oxygen-functional groups. The process involves oxidizing purified natural graphite flakes, followed by solvothermal treatment. Exfoliation of graphite oxide in distilled water using ultrasonic waves results in the formation of a graphene oxide thin film. This method optimizes the production of GO, harnessing its unique properties for various applications in materials science and nanotechnology. The structural and physicochemical characteristics of the materials were analyzed through X-ray powder diffraction (XRD), Fourier transformation (FTIR), Scanning electron microscopy (SEM), and ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis). XRD peak indicated a 2𝜃 0 = 10.050 corresponding to an interlayer spacing of 0.83 nm. FTIR and Raman analyses revealed the introduction of oxygen atoms into the graphite layer, forming various chemical bonds such as C-H, OH, C=O, C-O-C, and COOH with graphene. SEM images illustrated the formation of ultrathin and homogeneous graphene films. The UV-vis spectra of GO exhibited a prominent absorption peak at approximately 239 nm, corresponding to the π − π ∗ transition of atomic C-C bond and at 301 nm, corresponding to the n-π* transition of aromatic C-C bonds. The electrochemical behavior of a glassy carbon electrode modified with GO was explored using the 𝐾3 [𝐹𝑒(𝐶𝑁)6 ] redox couple system. The results indicated that the electron transfer process controlled the electrochemical behavior.