1 Doc. Ing. Zdeněk Sofer, Ph.D. VŠCHT Praha Ústav anorganické chemie Hydrogenovaný grafen - grafan

2 Obsah prezentace: - Úvod - Historie uhlíkových nanomateriálů - Vlastnosti a aplikace hydrogenovaného grafenu - Metody syntézy hydrogenovaného grafenu - Hydrogenace grafenu Birchovou redukcí - Vliv reakčních podmínek - Vlastnosti hydrogenovaného grafenu

3 Historie uhlíkových nanomateriálů odvozených od grafitické struktury Grafit: sp 2 vazba v rovině ab x Van der Waalsova vazba kolmo na ab rovinu. Grafen: jedna separátní vrstva grafitu. Landau a Peierls předpovídají nemožnost existence 2D krystalů (1935) Termín grafen (Boehm,1986) – kombinace slov grafit a polycyklický aromát metody „TOP – DOWN“ - Zeslabení Van der Waalsových vazeb oxidací grafitu za extremních podmínek - Vzniká tzv. „oxid grafitu (GO)“ nebo „grafitová kyselina“ ( Brodie, Staudenmaier, Hofmann, 1958 – Hummers, Tour) - Pozorování GO pomocí TEM (Ruess 1948, Hofmann 1962) - Mechanická exfoliace grafenu (Geim, Novoselov 2004) metody „BOTTOM – UP“ - Depozice uhlíku na kovových substrátech - Pt, Ru, Rh, Ni (Grant 1970) - Sublimace křemíku z SiC (Heer 2006) - Růst grafenu na velkých plochách pomocí Cu substrátů (Ruoff 2009)

4 Vlastnosti - Unikátní elektrické, mechanické a optické vlastnosti. - Grafen: Pohyblivost elektronů až cm 2.V -1.s -1 při c > 1x10 12 cm Možnost změny energie zakázaného pásu v rozsahu 0 (grafEn) eV (grafAn). - Možnost dotace pro získání vodivosti typu n i p. - Možnost ferromagnetického uspořádání – magnetické vlastnosti. - Intenzivní luminiscence – optoelektronické aplikace - Unikátní elektrochemické vlastnosti – senzory a detektory - Možnost řízené dehydrogenace – uchovávání vodíku - Možnost uspořádání do membrán – separační techniky

5 GRAFIT OXID GRAFITU OXID GRAFENU ULTRAZVUK Syntéza grafenu redukcí oxidu grafitu - Tři základní metody redukce GO: termická, chemická, elektrochemická. - Metoda redukce má významný vliv na vlastnosti grafenu.

6 Syntéza hydrogenovaného grafenu – vysokotlaká hydrogenace H.L. Poh, F. Šaněk, Z. Sofer, M. Pumera, Nanoscale, 4 (2012) 7006 – FT-IR spektra grafenu. Vibrace C-H vazby. A hydrogenováno při 220°C/(a) 60 bar, (b) 100 bar(c) 150 bar B. Hydrogenováno při 100bar/(a) 200°C, (b) 350°C, (c) 500°C (d) Ar 100bar, (e) N2 1bar, (f) H2 1bar

7 Syntéza hydrogenovaného grafenu – vodíkové plazma

8 Syntéza hydrogenovaného grafenu – redukce oxidu grafenu Redukce pomocí „nascentního“ vodíku Redukce komplexními hydridy

9 Syntéza hydrogenovaného grafenu – Birchova redukce - Extrémně vysoký stupeň hydrogenace blízko složení C1H1

10 Syntéza hydrogenovaného grafenu – Birchova redukce - Lamelární struktura typická pro vrstevnaté materiály

11 Syntéza hydrogenovaného grafenu – Birchova redukce - Ramanova spektroskopie

12 Syntéza hydrogenovaného grafenu – Birchova redukce - Magnetické vlastnosti

13

14 Děkuji za pozornost