Millstone Exfoliation:True Shear Exfoliation untuk Graphene Oxide Berukuran Besar Sedikit
Abstrak
Batu giling (MS) diperkenalkan dalam produksi oksida graphene (FLGO) beberapa lapis ukuran besar melalui pengelupasan geser sejati untuk meminimalkan fragmentasi. MS dibangun dengan dua pelat kaca, di mana pelat atas dirancang untuk berputar melawan pelat bawah yang diam, sehingga menghasilkan gaya geser yang sebenarnya. Grafit teroksidasi ringan (MOG) digunakan untuk pengelupasan MS untuk mendapatkan sifat yang baik dan hasil yang tinggi. RPM putaran (10, 20, 30, 40, dan 50), konsentrasi larutan (0,5, 1, dan 2 mg/ml), dan jumlah pengelupasan (1, 2, dan 3) dioptimalkan dengan mengukur UV- vis penyerapan, dan pengaruh waktu oksidasi (30, 60, dan 90 menit) dipelajari di bawah kondisi optimal yang diberikan. Selanjutnya, FLGO diisolasi dengan sentrifugasi dan dikarakterisasi dengan TEM dan AFM. FLGO yang diperoleh berukuran ~ 10 m, yang sedikit lebih kecil dari grafit murni, menunjukkan kemungkinan sedikit fragmentasi. Tapi itu masih jauh lebih besar daripada FLGO yang diperoleh melalui sonikasi (< 1 μm), menunjukkan pengelupasan MS yang berhasil.
Latar Belakang
Sifat yang sangat baik [1] dari graphene telah menyebabkan studi ekstensif pada aplikasi mereka dalam transistor efek medan [2, 3], sensor [4, 5], elektroda transparan [6, 7], dan area lain [8,9,10] ]. Untuk aplikasi tersebut, sangat penting untuk memiliki graphene dengan kualitas tinggi dan harga terjangkau [11], serta ukuran besar, untuk meminimalkan masalah konektivitas antar partikel [12]. Akibatnya, berbagai metode telah diperkenalkan untuk mempersiapkan graphene, seperti deposisi uap kimia (CVD) [13] dan pertumbuhan epitaxial [14]. Metode ini menghasilkan graphene berkualitas tinggi dengan ukuran besar tetapi memiliki biaya tinggi. Pengelupasan grafit alami yang murah, di sisi lain, menghasilkan graphene dengan biaya rendah, tetapi ukuran graphene dibatasi oleh ukuran grafit murni, dengan graphene ukuran lebih kecil dilaporkan kadang-kadang karena fragmentasi pada pengelupasan.
Pengelupasan fisik, seperti sonikasi [15, 16], penggilingan bola [17, 18], dan pengelupasan geser [19, 20], menghasilkan graphene berkualitas tinggi, tetapi metode ini umumnya menghasilkan graphene dengan ukuran kecil dan hasil rendah [21] . Sebagai perbandingan, pengelupasan kimiawi umumnya menghasilkan grafena oksida (GO) berukuran lebih besar dengan rendemen yang lebih tinggi [22] daripada pengelupasan fisik, tetapi GO yang dihasilkan berukuran lebih kecil daripada grafit murni pada umumnya. Hal ini dikaitkan dengan fragmentasi yang timbul dari pengelupasan tambahan seperti sonikasi, yang dilakukan setelah oksidasi untuk meningkatkan hasil GO atau ukuran besar beberapa lapisan graphene oxide (FLGO) [23]. Selain itu, oksidasi-fragmentasi yang terjadi dari kondisi oksidasi yang keras [24, 25] dapat memainkan peran yang berkontribusi.
Jadi, untuk menghindari fragmentasi tersebut dan untuk menghasilkan GO ukuran besar, dua pendekatan yang mungkin dapat dipertimbangkan. Salah satunya adalah optimalisasi kondisi oksidasi untuk menghasilkan pengelupasan oksidasi lengkap dengan fragmentasi oksidasi minimum dan yang lainnya adalah modifikasi metode pengelupasan yang ada atau pengenalan metode baru untuk menghasilkan pengelupasan lengkap tanpa atau fragmentasi minimum. Selain itu, perlu menggunakan grafit ukuran besar karena ukuran GO dibatasi oleh ukuran grafit murni. Faktanya, studi tentang grafit berukuran milimeter hingga beberapa ratus mikron [26,27,28,29,30,31] melaporkan GO yang jauh lebih besar daripada yang diperoleh dari grafit 325-mesh yang banyak digunakan [22].
Mengenai pendekatan pertama, tiga jenis kondisi oksidasi dipelajari dalam literatur:(1) oksidasi dua langkah [26,27,28,29]; (2) pembuatan graphite intercalation compound (GIC) atau grafit yang diperluas, diikuti dengan pengelupasan [32,33,34]; dan (3) oksidasi di bawah kondisi yang lebih keras daripada yang digunakan dalam metode Hummers [35,36,37]. Metode ini menghasilkan GO yang jauh lebih besar daripada metode yang dilaporkan sebelumnya, tetapi ukuran GO masih lebih kecil dari grafit murni, menunjukkan bahwa terjadi fragmentasi oksidasi [24, 25].
Adapun pendekatan kedua, tinjauan komprehensif dari metode yang ada diperlukan, jika modifikasi atau pengenalan metode baru akan dicoba. Sonikasi ringan menghasilkan GO yang jauh lebih besar daripada pengelupasan sonikasi konvensional, tetapi ukuran GO masih lebih kecil daripada grafit murni [37,38,39], yang menunjukkan bahwa terjadi fragmentasi tingkat tinggi. Di sisi lain, pengocokan lembut [30, 36, 40] menghasilkan GO dengan ukuran yang mirip [30] atau sedikit lebih kecil [40] dari ukuran grafit murni, menunjukkan sedikit fragmentasi, tetapi hasilnya sangat rendah. Selain itu, Ang dan rekan kerja [35] menggunakan refluks GTO yang sedikit teroksidasi untuk menghasilkan GO, menghasilkan ukuran 330 μm
2
(~ 18 μm), tetapi ukuran grafit murni tidak dilaporkan, sehingga sulit untuk menentukan apakah terjadi fragmentasi atau tidak. Refluks juga dicoba dengan grafit besar (80 mesh, 178 μm maks) di DMF dengan urea, menghasilkan graphene 10 μm dalam hasil yang sangat rendah [31].
Seperti yang terlihat dari ini, mungkin tidak mungkin untuk mendapatkan GO ukuran besar dengan hasil tinggi ketika metode yang ada digunakan, bahkan dengan penggunaan grafit besar, menunjukkan bahwa menemukan metode baru mungkin merupakan pendekatan yang lebih baik. Mengingat hal ini, pengelupasan geser, salah satu metode pengelupasan fisik, mendapat perhatian kami karena diharapkan memberikan sedikit atau tidak ada fragmentasi, sehingga memberikan FLGO yang besar. Berlawanan dengan harapan, bagaimanapun, FLGO kecil dilaporkan, menunjukkan bahwa tingkat fragmentasi yang tinggi mungkin terjadi karena blender berkecepatan tinggi [10, 19] yang digunakan untuk pengelupasan geser. Diyakini bahwa bilah blender memberikan gaya tumbukan yang tinggi, bukan gaya geser yang sebenarnya, pada grafit oksida (GTO), yang menghasilkan tingkat fragmentasi yang tinggi bersama dengan pengelupasan.
Hal ini mendorong kami untuk mencari perangkat baru yang mampu menghasilkan gaya geser sejati untuk pengelupasan sehingga gaya geser sejajar dengan lapisan graphene. Dalam pengertian ini, dua pelat paralel, yang bergerak atau berputar satu sama lain, tampaknya merupakan konfigurasi yang menjanjikan, menunjukkan perangkat seperti batu giling di mana batu runner berputar melawan batu dasar stasioner. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, perangkat berbasis batu giling baru diperkenalkan untuk pengelupasan GTO, dalam upaya meminimalkan fragmentasi dan menghasilkan FLGO ukuran besar. Selain itu, grafit teroksidasi ringan (MOG) digunakan untuk menghasilkan FLGO dengan properti yang baik dan hasil yang tinggi, seperti yang dilaporkan sebelumnya [41].
Metode
Materi
Grafit alami (325 mesh, 99,8%, basis logam) dibeli dari Alfa Aesar (Ward Hill, MA, USA), dan KMnO4 (Reagen ACS,> 99%) dipasok oleh Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). HCl (ekstra murni,> 35%), H2 JADI4 (ekstra murni,> 95%), dan H2 O2 (ekstra murni,> 35%) dibeli dari OCI (Korea).
Desain dan Fabrikasi Millstone
Perangkat batu giling (MS) dirancang agar pelat kaca atas (batu runner) berputar melawan pelat bawah stasioner (batu dasar) untuk menghasilkan gaya geser (Gbr. 1). Awalnya, pelat batu asli diuji, diikuti oleh pelat baja, tetapi pelat ini tidak cukup rata untuk memastikan rotasi yang mulus, serta sulit untuk dikerjakan dengan mesin menjadi bentuk yang diinginkan. Di sisi lain, pelat kaca jauh lebih mudah untuk dikerjakan, sementara transparansinya memungkinkan untuk memantau kemajuan pengelupasan. Pelat kaca dengan ketebalan 10 mm dipotong menjadi diameter 35 cm dan di-sandblast, diikuti dengan penggilingan dengan abrasive untuk memastikan permukaan yang rata dan halus. Motor listrik dengan pengontrol kecepatan dipasang di bagian atas pelat untuk memasok daya untuk rotasi.
Gambar skema batu giling untuk pengelupasan grafit
Oksidasi Ringan Grafit Alami
Grafit alami teroksidasi ringan (MOG) disiapkan melalui metode Hummers yang dimodifikasi, seperti yang diterbitkan sebelumnya [41], dan digunakan untuk pengelupasan MS untuk menghasilkan beberapa lapisan graphene oxide (FLGO) dengan properti yang baik dan hasil yang tinggi. Penjelasan singkat tentang persiapan MOG adalah sebagai berikut:Setelah pengisian 46 ml H2 JADI4 ke dalam labu alas bulat dalam penangas air 20 °C, 2 g grafit alam ditambahkan, diikuti dengan penambahan perlahan 4 g KMnO4 . Campuran diaduk selama 30, 60, atau 90 menit (MOG-30, MOG-60, dan MOG-90, masing-masing) dan dituangkan ke dalam botol 2 liter yang diisi dengan 1,8 liter air deionisasi (DIW). H2 O2 solusi telah ditambahkan.
Solusi MOG dipindahkan ke silinder mess mesh 2-l PP dan DIW ditambahkan untuk membuat 2 l. Setelah didiamkan semalaman, air bagian atas dituang dan silinder diisi dengan larutan HCl 10%. Proses penuangan dan pengisian dengan larutan HCl diulang sebanyak dua kali. Proses tersebut kemudian diulangi tiga kali lagi dengan DIW, dan larutan diatur agar memiliki konsentrasi 2 mg/ml. Selanjutnya, pencangkokan garam aril diazonium dari asam sulfonat (ADS) dilakukan melalui proses satu langkah untuk meningkatkan dispersi air, seperti yang dilaporkan sebelumnya [42]. Terakhir, larutan dibersihkan dengan sentrifugasi pada 4 k rpm selama 30 menit untuk menghilangkan ADS yang tidak bereaksi.
Pengelupasan MOG melalui Millstone
Pengelupasan MS dilakukan terlebih dahulu pada larutan MOG-60 dengan memvariasikan rpm dan konsentrasi larutan MOG untuk memaksimalkan rendemen FLGO dengan fragmentasi yang minimal. Pertama, rpm pelat atas diubah dari 10 menjadi 50 dengan 10 ml larutan 1 mg/ml. Kira-kira 1 ml larutan MOG berair dimasukkan ke dalam corong yang terpasang pada pelat atas, diikuti dengan rotasi pada rpm tertentu. Saat larutan dikonsumsi, 1 ml lainnya ditambahkan ke corong, dan proses tersebut diulangi sampai semua larutan 10 ml habis. Di akhir pengelupasan, 10 ml DIW digunakan untuk membersihkan sisa FLGO yang mungkin tertinggal di antara dua pelat kaca.
Selanjutnya, efek konsentrasi larutan (0,5, 1, dan 2 mg/ml) dipelajari pada 30 rpm, seperti dijelaskan di atas. Selain itu, pengelupasan lanjutan juga dilakukan dengan mengulangi pengelupasan MS sebanyak dua atau tiga kali dengan larutan yang sama. Sebuah larutan konsentrasi 1 mg/ml digunakan pada 30 rpm, dan pencucian dengan DIW dilakukan hanya sekali setelah pengelupasan akhir. Reproduksibilitas dikonfirmasi dengan melakukan pengelupasan MS setidaknya tiga kali untuk setiap solusi. Akhirnya, solusi MOG-30 dan MOG-90 juga dipelajari untuk perbandingan. Solusi menjadi sasaran dialisis menggunakan membran selulosa (Spectrum Labs, d = 25,5 mm, MWCO = 6–8 kDa) untuk menyiapkan sampel untuk analisis TEM dan AFM serta untuk pengukuran resistansi lembaran.
Karakterisasi MOG dan FLGO
Spektroskopi UV-vis (Agilent, 8453) dilakukan untuk mengukur penyerapan pada 660 nm untuk larutan MOG setelah oksidasi dan setelah pengelupasan. TEM (Jeol-2100, Jepang) dan AFM (XE-100, Park Systems, Korea) juga digunakan untuk karakterisasi FLGO. Mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-SEM, Jeol, JSM-7500F, Jepang) dilakukan pada 10 keV untuk karakterisasi MOG dan MOG terkelupas dengan menggunakan sampel yang dilapisi dengan Pt. Resistensi lembaran diukur dengan metode probe 4 titik (CMT-SR2000, Changmin Tech., Korea), dan berat sampel dikontrol hingga ~ 2 mg. Setidaknya tiga sampel diukur dan hasilnya dirata-ratakan. Hasil dihitung dari berat endapan dan supernatan setelah sentrifugasi 10 ml larutan pada 1 k rpm selama 2 jam. Selain itu, hasil juga dihitung dari penyerapan UV-vis larutan teratas setelah sentrifugasi dan larutan MOG sebelum sentrifugasi.
Hasil dan Diskusi
Oksidasi Ringan Grafit Alami
Larutan grafit teroksidasi ringan (MOG) yang dibuat dengan metode Hummers yang dimodifikasi memberikan penyerapan UV-vis masing-masing sebesar 7,8, 9,9, dan 11,2 untuk MOG-30, MOG-60, dan MOG-90 (ini sedikit lebih tinggi daripada nilai dari penelitian sebelumnya [41] karena diukur pada 660 nm bukan pada 750 nm), menunjukkan oksidasi ringan. Seperti yang diharapkan dari penelitian sebelumnya [41], ada tingkat oksidasi-pengelupasan yang tinggi, tetapi pelat MOG yang cukup tebal dengan beberapa MOG yang diperluas tepi diamati dari semua sampel, menunjukkan bahwa oksidasi ringan terjadi (File tambahan 1:Gambar S1 ). Mikrograf SEM setelah pencangkokan ADS menunjukkan pelat MOG yang cukup tipis (~ 1 μm) (Gbr. 2) untuk semua sampel, tetapi hanya MOG-30 yang menunjukkan struktur tepi yang diperluas (Gbr. 2a), yang menunjukkan bahwa pengelupasan lebih lanjut terjadi selama pencangkokan proses. Analisis SEM juga mengungkapkan ukuran lateral MOG sebesar ~ 20 μm, yang dapat dibandingkan dengan ukuran partikel grafit besar (20~30 μm) dan kecil (< 10 μm) dari sampel yang diterima (File tambahan 1:Gambar S1d). Hal ini menunjukkan bahwa fragmentasi kecil terjadi pada oksidasi, mungkin karena oksidasi ringan.
Mikrograf SEM dari grafit teroksidasi ringan dan MOG terkelupas MS, a MOG-30, b MOG-60, c MOG-90, d MOG-30-MS, e MOG-60-MS, dan f MOG-90-MS
Optimasi Kecepatan Rotasi untuk Pengelupasan MS
Pertama, rpm pengelupasan MS dioptimalkan dengan memvariasikannya dari 10 hingga 20, 30, 40, dan 50 menggunakan larutan MOG-60 konsentrasi 1 mg/ml. Saat rpm meningkat, penyerapan tetap hampir tidak berubah pada 10, 20, dan 30 rpm dan kemudian sedikit menurun pada 40 dan 50 rpm, memberikan penyerapan UV-vis masing-masing 28,1, 28,2, 28.6, 27,2, dan 26,5 (Gbr. 3a ). Tren serupa juga diamati dari larutan setelah sentrifugasi pada 1 k rpm selama 30 menit (Gbr. 3a). Perlu dicatat bahwa ini sangat mirip dengan kurva Stribeck yang menunjukkan koefisien gesekan yang tidak berubah pada rezim batas tetapi koefisien gesekan menurun pada rezim campuran seiring dengan peningkatan kecepatan. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa penyerapan UV-vis pada 10, 20, dan 30 rpm hampir tidak berubah karena gaya gesekan yang hampir konstan dalam rezim batas, sedangkan penyerapan UV-vis pada 40 dan 50 rpm berkurang karena penurunan gaya gesekan dalam rezim campuran, yang mengarah pada penurunan pengelupasan pelat MOG.
Absorbansi UV-vis larutan MOG terkelupas MS. Pengaruh a Kecepatan rotasi MS, b konsentrasi larutan, c jumlah pengulangan, d waktu oksidasi, dan e waktu oksidasi dengan rpm sentrifugasi dan f perbandingan pengelupasan MS dan sonikasi
Selain itu, waktu yang dibutuhkan untuk pengelupasan MS pada 10 rpm adalah 90 menit, sedangkan 70, 45, 35, dan 25 menit masing-masing pada 20, 30, 40, dan 50 rpm. Berdasarkan pertimbangan tersebut, rpm 30 dipilih sebagai rpm optimum untuk penelitian ini. Seperti disebutkan, penyerapan UV-vis dari sampel MS yang terkelupas menunjukkan peningkatan ~ 300% (untuk 30 rpm), menunjukkan kemampuan pengelupasan kulit yang sangat baik dari MS yang diusulkan.
Optimasi Konsentrasi Solusi MOG
Ketika konsentrasi larutan MOG divariasikan dari 1 mg/ml menjadi 0,5 atau 2 mg/ml pada 30 rpm, penyerapan UV-vis masing-masing sebesar 28,3 dan 27,7 diperoleh (Gbr. 3b). Diyakini bahwa nilai sebelumnya mirip dengan penyerapan 28,6 yang diperoleh dari larutan 1 mg/ml, karena konsentrasinya cukup rendah (0,5 mg/ml) untuk memungkinkan pemisahan sempurna setiap pelat MOG tanpa menumpuk. Ini akan memberikan gaya geser maksimum untuk setiap pelat MOG dan menghasilkan tingkat pengelupasan maksimum. Di sisi lain, penyerapan yang sedikit lebih rendah dari larutan 2 mg/ml dapat dikaitkan dengan adanya beberapa penumpukan di pelat MOG karena konsentrasi tinggi, yang mengakibatkan geser pelat MOG dan dengan demikian tingkat pengelupasan yang mati. Meskipun hasil serupa diperoleh dari larutan 0,5 dan 1 mg/ml, yang terakhir lebih disukai karena waktu yang dibutuhkan untuk pengelupasan jauh lebih singkat (45 menit dibandingkan 80 menit untuk yang pertama). Penyerapan UV-vis setelah sentrifugasi pada 1 k rpm selama 30 mnt juga menunjukkan tren yang sama, mendukung pemilihan larutan 1 g/ml sebagai konsentrasi optimum untuk penelitian ini.
Pengaruh Pengulangan Pengelupasan MS
Karena pengelupasan MS dilakukan hanya sekali untuk mengoptimalkan kondisi tersebut, upaya dilakukan untuk menentukan apakah pengelupasan berulang akan menyebabkan pengelupasan lebih lanjut. Ketika pengelupasan MS dilakukan pada larutan MOG-60 konsentrasi 1 mg/ml pada 30 rpm, diperoleh serapan UV-vis sebesar 28,3, 28,6, dan 28,9 masing-masing untuk satu, dua, dan tiga putaran pengelupasan ( Gambar 3c). Dapat dilihat bahwa nilainya sangat mirip satu sama lain, menunjukkan bahwa pengelupasan kulit berulang tidak diperlukan. Penyerapan setelah sentrifugasi pada 1 k rpm selama 30 menit menunjukkan tren yang sama. Oleh karena itu, satu putaran pengelupasan kulit dipilih, bersama dengan konsentrasi 1 mg/ml dan 30 rpm, sebagai kondisi optimal.
Pengaruh Waktu Oksidasi terhadap Pengelupasan MS
Larutan MOG-30 dan MOG-90 pada kondisi optimum menunjukkan serapan UV-vis masing-masing sebesar 26,2 dan 26,3, yang sedikit lebih rendah dari 28,6 dari MOG-60 (Gbr. 3d). Penyerapan yang lebih rendah dengan MOG-30 dapat dikaitkan dengan tingkat pengelupasan yang lebih rendah, mungkin karena tingkat oksidasi yang lebih rendah. Namun, penyerapan yang lebih rendah dengan MOG-90 dapat dijelaskan oleh sp
2
. yang rusak ikatan karbon yang dihasilkan dari tingkat oksidasi yang tinggi, meskipun tingkat pengelupasan lebih tinggi, karena sp
2
yang rusak ikatan karbon tidak berkontribusi pada penyerapan UV-vis. Tren ini mirip dengan apa yang dilaporkan untuk pengelupasan sonikasi larutan MOG [41].
Sangat menarik untuk dicatat bahwa penyerapan UV-vis meningkat dengan waktu oksidasi setelah sentrifugasi (Gbr. 3d), menunjukkan bahwa jumlah FLGO meningkat karena pengelupasan meningkat dengan waktu oksidasi. Hal ini berbeda dari apa yang diamati sebelum sentrifugasi dan dapat dijelaskan dengan tingkat pengelupasan yang meningkat dalam urutan MOG-30, MOG-60, dan MOG-90, yang pada gilirannya menghasilkan jumlah FLGO tertinggi dengan MOG- 90, diikuti oleh MOG-60 dan MOG-30.
Saat rpm sentrifugasi meningkat, penyerapan UV-vis MOG-90 menurun hampir secara linier (Gbr. 3e), menunjukkan distribusi FLGO (ukuran atau berat) yang hampir seragam. Di sisi lain, MOG-60 menunjukkan penurunan yang agak cepat pada rpm rendah tetapi penurunan yang relatif lambat pada rpm tinggi. Perilaku serupa diamati dari MOG-30 tetapi dengan penurunan yang jauh lebih cepat pada rpm rendah. Hal ini dapat dijelaskan dengan jumlah FLGO berat (atau besar) yang ada, yang menurun dalam orde larutan MOG-30, MOG-60, dan MOG-90, dan menunjukkan bahwa tingkat oksidasi yang lebih rendah menghasilkan tingkat oksidasi yang lebih rendah. pengelupasan kulit. Namun, sebagaimana dicatat, penyerapan UV-vis yang sangat mirip diamati pada sentrifugasi 4 k rpm, terlepas dari waktu oksidasi, menunjukkan bahwa tingkat fragmentasi yang sangat rendah terjadi pada pengelupasan MS untuk semua larutan.
Di sisi lain, penyerapan UV-vis larutan MOG-60 terkelupas MS menunjukkan perilaku yang sangat berbeda (Gbr. 3f) dibandingkan dengan yang berasal dari larutan yang sama setelah pengelupasan sonikasi (24 jam). Yang terakhir menunjukkan penurunan yang jauh lebih lambat dalam penyerapan UV-vis, yang dikaitkan dengan jumlah FLGO kecil yang jauh lebih tinggi yang dihasilkan dari tingkat fragmentasi yang lebih tinggi melalui sonikasi. Ini didukung oleh ukuran kecil (< 1 μm) FLGO setelah sonikasi, seperti yang dilaporkan sebelumnya [43].
Analisis SEM mengungkapkan pelat MOG tipis (sebelum pengelupasan), yang tidak lagi diamati setelah pengelupasan MS (Gbr. 2). Namun, pelat MOG yang digulung atau digulung sebagian kadang-kadang diamati di semua larutan MOG (Gbr. 2). Struktur seperti itu diyakini terbentuk melalui gaya geser dari pengelupasan MS. Di sisi lain, analisis TEM FLGO dari MOG-60 menunjukkan ukuran lateral sebesar ~ 10 μm (Gbr. 4a, b), dan mikrograf TEM serupa diperoleh dari MOG-30 dan MOG-90 (File tambahan 1 :Gambar S2). Mempertimbangkan ukuran grafit (20–30 μm) (File tambahan 1:Gambar S1d), mungkin ada beberapa fragmentasi pada pengelupasan MS. Hal ini dapat dibandingkan dengan pengelupasan sonikasi, yang secara umum menunjukkan ~ 1 μm atau ukuran FLGO yang lebih kecil [43]. Tentu saja, banyak FLGO yang lebih kecil (< 10 μm) juga muncul setelah pengelupasan MS, kemungkinan karena ukuran kecil dari grafit yang diterima, bersama dengan beberapa tingkat fragmentasi. Analisis AFM juga menunjukkan FLGO (MOG-60) dengan ukuran yang sama (~ 10 μm) seperti yang diamati di TEM, menunjukkan pengelupasan yang berhasil dengan sedikit fragmentasi (Gbr. 4c). Selain itu, AFM mengungkapkan ketebalan ~ 1 nm, yang sesuai dengan ~ 3 lapisan, yang menunjukkan pengelupasan kulit yang baik. Hasil AFM serupa juga diperoleh dari MOG-30 dan MOG-90, seperti yang diharapkan (File tambahan 1:Gambar S3). Tentu saja, FLGO yang lebih tebal juga diamati di TEM dan AFM.
TEM (a, b ) dan mikrograf AFM (c ) dari MS-exfoliated MOG-60 dan profil ketebalan (d )
Hasil perhitungan FLGO meningkat dengan waktu oksidasi, memberikan 36, 51, dan 65% untuk masing-masing MOG-30, MOG-60, dan MOG-90. Nilai-nilai ini dapat dibandingkan dengan 35, 47, dan 56% yang diperoleh dari pengukuran penyerapan UV-vis. Terlihat bahwa rendemen berdasarkan berat lebih tinggi dibandingkan rendemen dari serapan UV-vis. Hal ini disebabkan oleh FLGO dengan sp
2
damaged yang rusak ikatan karbon, yang dapat berkontribusi pada berat tetapi tidak pada penyerapan UV-vis. Jika dibandingkan dengan hasil 19, 55, dan 73% yang diperoleh dari pengelupasan sonikasi [41], dapat dilihat bahwa hasil masing-masing lebih tinggi, serupa, atau lebih rendah untuk MOG-30, MOG-60, atau MOG-90. Hasil yang lebih tinggi dengan MOG-30 dapat dikaitkan dengan pengelupasan geser yang sebenarnya, yang jauh lebih sedikit dipengaruhi oleh tingkat oksidasi daripada pengelupasan sonikasi. Dengan kata lain, pengelupasan sonikasi sangat bergantung pada tingkat oksidasi karena pengelupasan yang diinduksi oleh fragmentasi. Terakhir, resistansi lembaran yang diukur adalah 3,2 × 10
2
, 4.3 × 10
3
, dan 2,5 × 10
4
/□ untuk MOG-30, MOG-60, dan MOG-90, masing-masing (Tabel 1). Seperti yang diharapkan, nilai-nilai ini meningkat dengan waktu oksidasi dan mirip dengan nilai yang diperoleh dari pengelupasan sonikasi. Hasil tersebut dapat dijelaskan dengan adanya hanya beberapa FLGO besar, yang tidak memiliki dampak signifikan pada resistensi lembaran.
Kesimpulan
Sebuah batu giling berhasil dibuat dengan dua pelat kaca dan digunakan untuk pengelupasan grafit teroksidasi ringan. Kondisi optimum untuk pengelupasan MS, yang diperoleh dengan memvariasikan rpm rotasi (10-50), konsentrasi larutan (0,5–2 mg/ml), dan jumlah pengelupasan (1–3 kali), adalah 30 rpm, 1 mg/ ml, dan satu putaran pengelupasan kulit. Analisis TEM dan AFM menunjukkan FLGO yang sangat tipis (~ 1 nm) dengan ukuran ~ 10 μm dan menunjukkan bahwa pengelupasan yang berhasil terjadi dengan sedikit fragmentasi, dibandingkan dengan grafit murni (20–30 μm). Analisis SEM kadang-kadang mengungkapkan FLGO yang digulung tepi, yang dikaitkan dengan pengelupasan geser yang sebenarnya. Rendemen FLGO dari pengukuran berat masing-masing adalah 36, 51, dan 65% untuk MOG-30, MOG-60, dan MOG-90. Perbandingan dengan 19, 55, dan 73% yang diperoleh dari pengelupasan sonikasi menunjukkan bahwa pengelupasan yang jauh lebih baik terjadi untuk MOG-30 dengan pengelupasan MS, kemungkinan karena pengelupasan geser yang sebenarnya. Resistansi lembaran, bagaimanapun, mirip dengan hasil yang dilaporkan sebelumnya dan menunjukkan bahwa jumlah FLGO besar yang diperoleh melalui MS tidak besar.
