Grafeenioksidin sähkökemiallinen karakterisointi

Abstract

Tässä opinnäytetyössä on kattavasti selvitetty grafeenioksidin (GO) historiaa, kemiallista rakennetta, ominaisuuksia sekä joitain potentiaalisia sovelluskohteita, kuten materiaalin käyttöä ultra-ohuena alustana transmissioelektronimikroskopiassa. Työn kokeellisessa osuudessa on tutkittu grafeenioksidin ominaisuuksia lähinnä potentiometrisin menetelmin. In situ johtavuus- ja mikrovaakamenetelmillä muutoksia grafeenioksidin sähkönjohtavuudessa ja massassa voitiin havaita sähköisen pelkistymispotentiaalin funktiona. Lisäksi tutkittiin grafeenioksidin monokerroksen muodostumista liuoksesta kysteamiini-modifioidulle kultapinnalle SEIRAS- ja mikrovaakamenetelmillä.

Vaikka grafeenioksidin kemiallista rakennetta on tutkittu vuosisadan mittaan paljon on pitkään vallalla ollut ns. Lerf-Klinowskin malli saanut varteen otettavia haastajia vasta aivan viime vuosina. Grafeenioksidin ominaisuudet sopivat erinomaisesti ultraohueksi alustaksi EM-mikroskopiaan, sillä se on lähes läpinäkyvä elektronisäteelle ja valmistusmetodi vesiliuoksesta hilan päälle on melko yksinkertainen, tosin ei aivan toistettava.

Potentiometrisissä mittauksissa eri elektrodeilla havaittiin grafeenioksidilla olevan katodista aktiivisuutta emäksisessä vesiliuoksessa noin -1 V vs. Ag/AgCl ja happamissa vesiliuoksissa noin -0,8 V vs. Ag/AgCl. Propyleenikarbonaatissa katodista aktiivisuutta havaittiin potentiaalin -1,5 V vs. Ag/AgCl läheisyydessä. Sähkökemiallisella In situ mikrovaakamenetelmällä havaittiin happamassa vesiliuoksessa GO-monokerroksen akustisen impedanssin pienevän voimakkaasti -0,8 V vs. Ag/AgCl läheisyydessä.