Raul Arenal在显微镜下还原氧化石墨烯

西班牙萨拉戈萨大学Graphene Flagship合作伙伴的ARAID研究员兼小组负责人Raul Arenal使用电子显微镜研究了GO还原过程中发生的变化。他最近的两篇论文可以帮助科学家设计出具有精心定制特性的新材料。

当我们还原氧化石墨烯时，它会发生什么？

氧化石墨烯（GO）现在通常用于Graphene Flagship及其他领域。我们还原了GO，使其性质更均匀、缺陷更少，使其在结构和性质方面与原始石墨烯更相似。这种转变改善了其导热性和导电性等性能，可用于储能、电子、水处理和传感等领域的应用。

请告诉我一些关于你的背景。你是如何走到今天这一步的？

我在巴黎大学攻读博士学位，当时我在法国Graphene Flagship合作伙伴CNRS工作。之后，我搬到芝加哥攻读博士后，然后回到CNRS，在那里担任了四年的研究员。就在那时，我休假到Graphene Flagship合作伙伴西班牙萨拉戈萨大学，这就是我今天的位置。

我的研究重点是像GO这样的碳基材料。我真的很想了解这些材料的化学和物理性质——它们的电子构型等等。电子显微镜是一个很好的工具。

你最近在做什么？

我很高兴地谈论我的团队最近发表的两篇论文，这两篇论文都使用原位电子显微镜来研究GO的性质在转化为还原氧化石墨烯（RGO）时如何变化。

有几种方法可以还原GO，我们研究了其中两种：热还原和电化学还原。

为什么电子显微镜如此有用，它可以揭示哪些信息？

这是理解从GO到RGO转变的最佳方式之一。这些变化是局部的，发生在亚纳米水平。我们从电子显微镜获得的信息向我们展示了如何更好地控制这种转化过程中发生的过程。

使用显微镜，我们实时（原位）监测亚纳米变化，并在受控条件下，在温度或时间方面跟踪材料在分子水平上发生的情况。

关于您在Carbon上发表的专注于热还原的论文，您能告诉我什么？

我们研究了GO到RGO的热还原。通过在70至1200°C的不同温度下加热样品，我们能够停止在不同的温度增量下并分析材料中发生的变化。

我们研究了样品中的水在每种温度下会发生什么变化。我们还跟踪了不同的官能团，如羰基和环氧化物，以及它们从母体结构中解吸的温度。一旦水和官能团被去除，随着温度的不断提高，sp 2碳原子变得更加有序，更类似于石墨烯中的sp²碳原子。

这些研究使我们能够描绘出GO在热还原作用下发生转变时会发生什么，解释了为什么RGO比GO具有更接近原始石墨烯的特性。

您的另一篇论文发表在2D Materials上，研究电化学还原的影响怎么样？

我们使用瞬态电子显微镜研究了相同的参数，并引入了一些新的协议来记录sp²和sp³碳原子发生的情况。

我们没有加热样品，而是将GO沉积在两个电极上并在它们之间施加电流。电流将GO降低为RGO。电化学还原提供了更均匀的RGO，但其他过程，如去除水和解吸官能团，与热还原的过程相匹配。

我们的方法不同，但这两项研究及其结果是互补的。

这对Graphene Flagship科学家以及其他使用GO和RGO的研究人员意味着什么？

研究人员将获得更多的信息，这只能是一件好事。例如，关于使用哪种温度来获得所需的结果。或者，如果他们只想去除环氧化物，例如，200°C就足够了，同时保留其他类型的官能团。

这为未来的调查奠定了坚实的基础，并可能导致新的应用和发展。

您的团队下一步是什么？

这两篇论文都来自多年前开始的一项长期调查。我们的研究背后有着悠久的历史，未来还会有更多。现在，我们有了所需的所有参数。我们从这些实验中学到了很多东西，并将继续朝着同一个方向学习更多。我们还将研究其他分层材料。