Síntesis de óxido de grafeno como plataforma nanoscópica para materiales funcionales.

Abstract

En esta Tesis Doctoral se estudió la síntesis y modificación química del óxido de grafeno para usarse como plataforma para materiales funcionales. Se sintetizaron polvos de óxido de grafeno con diferente grado de oxidación a través de variaciones del método de Hummers para conocer la influencia de estas modificaciones sobre la estructura molecular, el grado de exfoliación y el contenido de oxígeno del material y éstas se relacionaron con el tamaño de dominio cristalino, la absorción óptica y la resistencia eléctrica. Se encontró que el método de preparación permite la obtención de óxidos de grafeno con diferentes proporciones de grupos funcionales hidroxilo, epoxi, carboxilo y carbonilo que pueden presentar interacciones intermoleculares entre los grupos adyacentes. La identidad de estos grupos influencia el grado de exfoliación y el número de hojas y la resistencia eléctrica sigue una relación directa al grado de exfoliación. En suma, se constató que es la química de la superficie de las hojas y no la relación entre carbono y oxígeno, la que determina las propiedades físicas y químicas del óxido de grafeno. A partir de este estudio, se sintetizaron materiales funcionales. Se decoraron hojas de óxido de grafeno con nanopartículas de CdS y a partir de nanopartículas de CdS previamente protegidas con un ditiol se hizo la funcionalización de óxido de grafeno previamente reducido. Estos materiales fueron probados como fotocatalizadores, encontrándose que el óxido de grafeno decorado con CdS tiene una mayor capacidad de fotodegradación del azul de metileno respecto a nanopartículas de CdS. También se preparó óxido de grafeno decorado con nanopartículas de Fe3O4. Este material resultó ser superparamagnètico y tener una gran capacidad como adsorbente de azul de metileno con la ventaja adicional de poder ser separado de la solución descontaminada por medio de un imán permanente. Además de poderse obtener propiedades funcionales definidas, se constató que la química superficial del óxido de grafeno es la responsable de dirigir la nucleación de las nanopartículas. Como colofón de esta tesis, se iniciaron trabajos en la obtención de otros derivados del óxido de grafeno como el grafeno decorado con MoS2 para aditivos lubricantes, películas de óxido de grafeno reducido para electrodos conductores y óxido de grafeno para incrementar la eficiencia en una celda solar orgánica.