El papel de óxido de grafeno o papel de óxido de grafito es un material fabricado a partir de óxido de grafito . Las películas de papel de óxido de grafeno de espesor micrométrico también se denominan membranas de óxido de grafito (en la década de 1960) o (más recientemente) membranas de óxido de grafeno. Las membranas se obtienen típicamente mediante la evaporación lenta de la solución de óxido de grafeno o mediante el método de filtración.
El material tiene una rigidez y resistencia excepcionales, debido a la resistencia intrínseca de la cadena principal de grafeno bidimensional [1] y a su estructura de capas entrelazadas que distribuye las cargas.
El material de partida son copos de óxido de grafeno dispersos en agua. La dispersión acuosa se filtra al vacío para producir láminas independientes. El espesor de estas láminas suele estar en el rango de 0,1 a 50 micrómetros. Dependiendo de la aplicación, los laminados de óxido de grafeno se denominan papeles o membranas. Los métodos alternativos para preparar multicapas/laminados de óxido de grafeno independientes son utilizar el colado por goteo repetido o el recubrimiento por centrifugación. Estos copos pueden estar unidos químicamente , [ cita requerida ] lo que conduce al desarrollo de nuevos materiales adicionales. Al igual que el material de partida, el papel de óxido de grafeno es un aislante eléctrico ; sin embargo, puede ser posible ajustar esta propiedad, convirtiendo el papel en un conductor o semiconductor , sin sacrificar sus propiedades mecánicas. [2]
Estudios detallados del papel de óxido de grafito por V. Kohlschütter y P. Haenni datan de 1918. [3] Estudios de membranas de óxido de grafito fueron realizados por Hanns-Peter Boehm , el científico alemán que inventó el término "grafeno", en 1960. El artículo titulado "Óxido de grafito y sus propiedades de membrana" informó la síntesis de "láminas similares al papel" con un espesor de 0,05 mm. Se informó que las membranas no eran permeables a los gases (nitrógeno y oxígeno) pero fácilmente permeables a los vapores de agua y, sugestivamente, a cualquier otro solvente que sea capaz de intercalar óxido de grafito. También se informó que las membranas no son permeables a "sustancias de menor peso molecular".
La permeación del agua a través de la membrana se atribuyó al hinchamiento de la estructura de óxido de grafito que permite la vía de penetración del agua entre las capas individuales de óxido de grafeno. La distancia entre capas del óxido de grafito seco se informó como 6,35 Å, pero en agua líquida aumentó a 11,6 Å. Sorprendentemente, el artículo también citó la distancia entre capas en NaOH diluido como infinito, informando así la dispersión del óxido de grafito en láminas de óxido de grafeno de una sola capa en solución. El estudio también informó la tasa de permeación de las membranas para el agua 0,1 mg por minuto por cm cuadrado. La tasa de difusión del agua se evaluó como 1 cm/hora. El artículo de Boehm también mostró que el óxido de grafito se puede utilizar como membrana de intercambio catiónico e informa mediciones de presiones osmóticas , potenciales de membrana en soluciones de KCl, HCl, CaCl 2 , MgCl 2 , BaCl 2 . También se informó que las membranas son permeables a los iones alcaloides grandes, ya que pueden penetrar entre las capas de óxido de grafeno. [4]
En 2012 se redescubrieron algunas de las propiedades de las membranas de óxido de grafito descubiertas por Boehm: se informó que las membranas no eran permeables al helio, pero sí al vapor de agua. [5] Este estudio se amplió posteriormente para demostrar que varias sales (por ejemplo, KCl, MgCl 2 ) se difunden a través de la membrana de óxido de grafeno si se sumerge en una solución de agua. [6]
Las membranas de óxido de grafeno se están estudiando activamente por sus aplicaciones en la desalinización de agua . [7] Se informaron tasas de retención superiores al 90% en un estudio de 1960 para soluciones de NaCl utilizando membranas de óxido de grafeno estabilizadas en una configuración de ósmosis inversa .