سنتز گرافن سه بعدی و بهینه‌سازی مورفولوژی آن

مواد گرافنی به دلیل خواص الکتریکی (موبیلیته حامل بار بالا)، خواص الکتروشیمیایی (نرخ انتقال الکترون بالا) و ساختار منحصر به فرد (نسبت سطح به حجم بالا) در زمینه های مختلف علوم بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. البته این مواد به دلیل صفحات دو بعدی دارای محدودیت در مکان های فعال واکنش هستند. بر این اساس، تبدیل صفحات دو بعدی به سه بعدی باعث ایجاد ماده گرافنی با سطح ویژه و سینتیک انتقال جرم و الکترون بالا می شود. در این پژوهش، گرافن سه بعدی با استفاده از اکسید گرافن و توسط ذرات فداشونده پلی استایرن سنتز شد. برای این منظور، محلول آبی اکسید گرافن احیا شده همراه با محلول آبی ذرات کروی پلی استایرن با دو نسبت وزنی 5:95 و 15:85 مخلوط شدند و با کنترل ph در محدوده 8-6، داربست گرافن سه بعدی پلی استایرن سنتز شد. برای خروج قالب فداشونده استایرن، این داربست در تولوئن غوطه ور شد. علاوه بر این، تاثیر دو روش مختلف سنتز، سانتریفیوژ و صاف کردن بر مورفولوژی داربست مورد بررسی قرار گرفت. داربست سه بعدی سنتز شده توسط آزمون پراش پرتو ایکس و میکروسکوپی الکترونی روبشی مشخصه یابی شد. طبق این نتایج، گرافن سه بعدی سنتز شده با روش سانتریفیوژ دارای تخلخل های بیشتر و یکنواخت تری است. علاوه بر این، استفاده از نسبت وزنی اکسید گرافن به پلی استایرن 5:95 امکان خروج کامل ذرات پلی استایرن فداشونده را فراهم می آورد. بنابراین با استفاده از روش قالب فداشونده پلی استایرن و سانتریفیوژ و همچنین نسبت وزنی اکسید گرافن به پلی استایرن 5:95 می توان به یک شبکه سه بعدی گرافن با توزیع یکنواختی از تعداد بسیار زیاد تخلخل های میکروسکوپی دست یافت. همچنین طبق ارزیابی الکتروشیمیایی انجام گرفته با این نمونه بهینه نسبت به اکسید گرافن احیا شده، گرافن سه بعدی دارای خواص الکتروشیمیایی بهتری نسبت به اکسید گرافن احیا شده است و بنابراین گرافن سه بعدی با نسبت بهینه اکسید گرافن احیا شده به پلی استایرن 5:95 یک جایگزین ایده آل برای اکسید گرافن احیا شده برای کاربردهای الکتروشیمیایی است.