Investigadores del INMA monitorizan la transformación de la estructura, composición y conducción eléctrica del óxido de grafeno con la temperatura

El óxido de grafeno es un material con una estructura similar a la del grafeno, con un amplio y diverso campo de aplicaciones. Para logar hacer uso de su potencialidad, el equipo de investigadores liderado por Raúl Arenal, investigador ARAID en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) centro mixto entre el CSIC y la Universidad de Zaragoza y el Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA - Universidad de Zaragoza) han logrado estudiar, por primera vez a escala nano, la variación en la estructura de este material al aumentar la temperatura y, monitorizar cómo se modifica su conductividad eléctrica con estas variaciones, pasando de ser un material aislante a conductor.

El óxido de grafeno, es un nanomaterial bidimensional (laminar) con una estructura próxima a la del grafeno, pero con una gran cantidad de grupos funcionales y agua (fisisorbida y quimisorbida). Estos grupos funcionales, le confieren sus propiedades únicas y le permiten incorporarse en otros materiales en disolución o en composites. Entre sus propiedades más importantes, destacan su flexibilidad de uso y de transformación, además de su capacidad para reducirse. Según nos explica Raúl Arenal investigador del INMA, “Para poder hacer uso de sus potenciales aplicaciones, esta reducción es el punto crítico que necesita ser bien comprendido, lo cual no es sencillo dada la complejidad estructural y química de este material”.

Los dos trabajos recientemente publicados por el grupo de investigación liderado por Arenal han permitido estudiar a escala local (sub-nanométrica) la reducción de óxido de grafeno a través de medidas de microscopia electrónica de transmisión (TEM) in-situ. Estos tratamientos térmicos y de calentamiento por efecto Joule, han proporcionado informaciones únicas sobre el comportamiento, a distintas temperaturas, de los distintos grupos funcionales y del agua que conforman este oxido de grafeno. Gracias a las investigaciones recientemente publicadas, se ha podido observar y monitorizar como se va produciendo la reducción de este material y como se va modificando su estructura, su composición química y sus propiedades de conducción eléctrica. 

Estos trabajos, que abren la puerta al desarrollo de las potenciales aplicaciones del óxido de grafeno, han sido publicados en dos reconocidas revistas del campo de los materiales a base de carbono, 2D Materials (IOP) y Carbon (Elsevier), donde ha resultado portada del número de junio. 

Los estudios se han llevado a cabo por el investigador ARAID en el INMA y en el LMA, Raúl Arenal; el postdoctorando en el INMA y en el LMA, Mario Peláez; y el posdoctorando en el LMA, Simon Hettler. Los tres pertenecientes al grupo de investigación del INMA «Nanoscopy on Low Dimensional Materials» (NLDM) liderado por Raúl Arenal. Estos trabajos se han realizado en colaboración con Wolfgang Maser y Ana Benito del Instituto de Carboquímica (CSIC).

Pie de foto:

Imagen 1: investigadores de izquierda a derecha: Simon Hettler, Raúl Arenal, Mario Peláez, Wolfgang Maser y Ana Benito.

Imagen 2: esquema ilustrativo de la reducción térmica del óxido de grafeno. 

Enlaces:

Simon Hettler, David Sebastian, Mario Pelaez-Fernandez, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser, Raul Arenal, “In-situ reduction by Joule heating and measurement of electrical conductivity of graphene oxide in a transmission electron microscope”, 2D Materials 8, 031001 (2021). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/abedc9

Mario Pelaez-Fernandez, Alba Bermejo-Solis, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser, Raul Arenal, “Detailed thermal reduction analyses of Graphene Oxide via in-situ TEM/EELS studies”, Carbon 178, 477-487 (2021). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.03.018

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