El método de Hummers es un proceso químico que se puede utilizar para generar óxido de grafito mediante la adición de permanganato de potasio a una solución de grafito , nitrato de sodio y ácido sulfúrico . Los técnicos de laboratorio y de ingeniería lo utilizan comúnmente como un método confiable para producir cantidades de óxido de grafito. También se puede revisar en la creación de una versión de un átomo de espesor de la sustancia conocida como óxido de grafeno .
El óxido de grafito es un compuesto de carbono , oxígeno e hidrógeno donde existe una proporción entre 2,1 y 2,9 de carbono a oxígeno. El óxido de grafito suele ser un sólido amarillento. También se le conoce como óxido de grafeno cuando se utiliza para formar láminas unimoleculares.
El método de Hummers [1] fue desarrollado en 1958 como un método más seguro, rápido y eficiente para producir óxido de grafito. Antes de que se desarrollara el método, la producción de óxido de grafito era lenta y peligrosa debido al uso de ácido sulfúrico y nítrico concentrado. El método Staudenmeier-Hoffman-Hamdi [2] introdujo la adición de clorato de potasio. Sin embargo, este método tenía más riesgos y producía un gramo de óxido de grafito por cada diez gramos de clorato de potasio. [3]
William S. Hummers y Richard E. Offeman crearon su método como una alternativa a los métodos anteriores después de notar los peligros que representaban para los trabajadores de la National Lead Company . Su enfoque fue similar en el sentido de que implicaba agregar grafito a una solución de ácido concentrado. Sin embargo, lo simplificaron a grafito, ácido sulfúrico concentrado, nitrato de sodio y permanganato de potasio. Tampoco tuvieron que utilizar temperaturas superiores a 98 °C y evitaron la mayor parte del riesgo explosivo del método Staudenmeier-Hoffman-Hamdi.
El procedimiento comienza con 100 g de grafito y 50 g de nitrato de sodio en 2,3 litros de ácido sulfúrico a 66 °C que luego se enfría a 0 °C. A continuación se añaden a la solución 300 g de permanganato de potasio y se agita. Luego se agrega agua en incrementos hasta que la solución sea de aproximadamente 32 litros.
La solución final contiene aproximadamente un 0,5% de sólidos para luego limpiarse de impurezas y deshidratarse con pentóxido de fósforo .
La reacción química básica involucrada en el método de Hummers es la oxidación del grafito, introduciendo moléculas de oxígeno al grafeno de carbono puro. La reacción se produce entre el grafeno y el ácido sulfúrico concentrado con el permanganato de potasio y el nitrato de sodio actuando como catalizadores. El proceso es capaz de producir aproximadamente 188 g de óxido de grafito por 100 g de grafito utilizado. La proporción de carbono y oxígeno producido está dentro del rango de 1 a 2,1-2,9, que es característico del óxido de grafito. Se determina que los contaminantes son principalmente cenizas y agua. En el proceso se desprenden gases tóxicos como el tetraóxido de dinitrógeno y el dióxido de nitrógeno . El producto final suele ser 47,06% de carbono, 27,97% de oxígeno, 22,99% de agua y 1,98% de ceniza con una proporción de carbono a oxígeno de 2,25. Todos estos resultados son comparables a los métodos que los precedieron.
El método ha sido adoptado por muchos investigadores y químicos interesados en el uso del óxido de grafito para otros fines, porque es el método convencional más rápido [4] para producir óxido de grafito manteniendo una relación C/O relativamente alta. Cuando los investigadores y químicos introducen una gran cantidad de óxido de grafito dentro de limitaciones de tiempo, generalmente se hace referencia al método de Hummers de alguna forma.
El óxido de grafito captó la atención de la comunidad científica después del descubrimiento del grafeno en 2004. Muchos equipos están buscando formas de utilizar el óxido de grafito como atajo para la producción masiva de grafeno. Hasta ahora, los materiales producidos con estos métodos han demostrado tener más defectos que los producidos directamente a partir de grafito. El método de Hummers sigue siendo un punto clave de interés porque es un método sencillo para producir grandes cantidades de óxido de grafito.
Otros grupos se han centrado en mejorar el método de los Hummers para hacerlo más eficiente y respetuoso con el medio ambiente. Uno de esos procesos es eliminar el uso de NaNO 3 del proceso. [5] [6] La adición de persufato (S 2 O 8 2− ) asegura la oxidación y exfoliación completa del grafito para producir suspensiones de láminas individuales de óxido de grafito. La eliminación del nitrato también es ventajosa ya que detiene la producción de gases como el dióxido de nitrógeno y el tetraóxido de dinitrógeno.
Además del grafeno, el método de Hummers se ha convertido en un punto de interés en fotocatalizadores . [7] Después de descubrir que el óxido de grafito reacciona a muchas de las longitudes de onda de la luz que se encuentran en la luz solar, los equipos han estado investigando métodos para usarlo para reforzar la velocidad de reacción en la descomposición del agua y la materia orgánica. El método más común para producir óxido de grafito en estos experimentos ha sido el método de Hummers.