Estabilidade Grafeno

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA DE SÃO CARLOS
COLOIDES E INTERFACES
Estabilidade Coloidal do Óxido de Grafeno: Agregação 
em duas dimensões
Bruno Mascarenhas
São Carlos - SP
2
GUDARZI, M. M. Colloidal stability of graphene oxide: aggregation in two dimensions. Langmuir, v. 32, n. 20, p. 5058-5068, 
2016.
Introdução 3
GARG, B.; BISHT, T.; LING, Y. Graphene-based nanomaterials as heterogeneous acid catalysts: A comprehensive perspective. 
Molecules, v. 19, n. 9, p. 14582-14614, 2014.
Óxido de Grafeno - GO
- Isolante;
- Característica hidrofílica;
- Boa dispersão em diversos solventes;
- Precursor do grafeno (rGO);
- Condutor.
- Grande importância tecnológica
Introdução 4
Estabilidade coloidal
Balanço entre forças atrativas e repulsivas
Utilizando a teoria DLVO (Derjaguin-Landau e Verwey-Overbeek) 
Atração Repulsão
Proposta: Estudar a estabilidade coloidal do GO em meio aquoso e orgânico via
princípios do modelo de agregação (DLVO).
Modelo acima não descreve o fator WvdW para o sistema GO e rGO
3 h
50°C
Materiais e Métodos 5
Obtenção e dispersão do GO:
Grafite + H2SO4 + KMnO4
H2O2 em banho de gelo HCl / H2O / Etanol
Obtenção do rGO:
NaOH / H2O 
N-metil-2-pirrolidona Dispersão por 1 h
6000 rpm / 10 min
Solução
Estoque
rGO
GO
Dispersão por 1 h
Solução
Estoque
GO
6Resultados e Discussões
WU, L. et al. Aggregation kinetics of graphene oxides in aqueous solutions: experiments, mechanisms and modeling. Langmuir, v. 29, n. 49, p. 15174-15181, 2013.
GO
7Resultados e Discussões
Valores da constante de Hamaker para GO e rGO [x 10-21 J]
n (GO) = 1,85
n (rGO) = 2,38
Constante de Hamaker: H132
8Resultados e Discussões
9Resultados e Discussões
Dispersão GO em distintos tipos de solventes
∆𝐻𝑚𝑖𝑠
𝑉𝑚𝑖𝑠
= 𝐾. (𝛿𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 − 𝛿𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒)
2
10Resultados e Discussões
Dispersão do rGO e GO em distintos tipos de solventes após 2 semanas de repouso
Dispersão do rGO em distintos solventes. Acima: após a sonicação e abaixo após 24 h de repouso.
KONIOS, Dimitrios et al. Dispersion behaviour of graphene oxide and reduced graphene oxide. J colloid and interface sci, v. 430, p. 108-112, 2014.
11Resultados e Discussões
Estimativa da concentração micelar crítica (CCC)
𝐶𝐶𝐶𝐺𝑂 ~ 𝜎
0,874 𝐶𝐶𝐶𝑟𝐺𝑂 ~ 𝜎
0,838
𝐶𝐶𝐶𝐺𝑂 ~ 𝑡
−0,66 𝐶𝐶𝐶𝑟𝐺𝑂 ~ 𝑡
−0,75
Aumento de σ é ocasionado por aumento de pH, acarretando maiores forças de
repulsão;
Aumento de t, ocasiona maiores forças de atração, quanto maior espessura, menor a
estabilidade;
12Resultados e Discussões
Experimento de mistura de solventes
Melhor dispersão em solventes com maiores ε
εbutanol > εTHF~ εMeAc > εDiclorometano
13Resultados e Discussões
Regra de Schulze−Hardy
14
Ponto de Vista Prático
Solvente Preço (R$)
N-metilpirrolidona 1200,00
Tetrahidrofurano 110,00
Dimetilformamida 210,00
Valores referentes a 500 mL do produto.
Fonte: Sigma-Aldrich
15Conclusões
- Princípio de agregação do GO e rGO desvia do modelo 2D perfeito;
- Processo de redução tem um efeito forte na estabilidade do grafeno;
- Solventes que possuem tensão superficial próxima aos valores encontrados para GO
e rGO são os mais eficientes para a dispersão destes materiais;
- A presença de cátions bivalentes é mais efetiva para a agregação de GO, quando
comparada a adição de eletrólito monovalente;
- O aumento do pH gera a desprotonação de grupos carboxílicos e ocasiona a melhor
estabilidade do GO e rGO;