Модификация о-содержащих функциональных групп

Кислородсодержащие функциональные группы (-ОН, -СООН, >С = О и их комбинации) всегда присутствуют по периметру чешуек однослойного и многослойных графенов; в чешуйках окисленного графита и продуктов его восстановления к ним добавляется большое число О-содержащих групп, присоединённых к внутренним шестичленным кольцам; здесь появляются лактонные группы, фрагменты – аналоги окиси этилена и т.п. Органическая химия таких функциональных групп хорошо изучена и их превращения можно с успехом использовать для модификации свойств графена и его аналогов. Например, для создания устойчивой дисперсии в неполярных растворителях в [162] чешуйки ГрО обрабатывают раствором C₁₈H₃₇Br в Py/DMF; этерификация –ОН групп длинным С₁₇ - радикалом делает чешуйки достаточно гидрофобными. Возможности модификации графенов с использованием нитренов рассмотрены в [163]. Пептиды как полифункциональные молекулы также можно химически привязывать к поверхности графена [164].

Чешуйки окиси графита содержат большое число функциональных групп различных типов; их функционализация может быть легко осуществлена с использованием так называемых силанизирующих реагентов, ассортимент которых в настоящее время достаточно широк. Успешный пример можно найти в [165], где поверхность ГО модифицирована ЕДТА через соответствующее (CH₃O)₃Si – производное (рис. 30). Тот же приём использован для гидрофобизации поверхности окиси графена при взаимодействии с октадециламином [166].

Рис. 30. Графен и ЕДТА – модифицированный графен [165].

Дисперсии графена и его аналогов в органических растворителях

Один из наиболее перспективных способов получения материалов на основе графенов состоит в создании однородной дисперсии графенов в органических растворителях, которая может быть далее использована для получения макроскопических материалов на основе графенов. Как всякий нанообъект, 1сГ характеризуется высокой поверхностной энергией. Хотя количественные оценки пока отсутствуют, определённые проявления этого эффекта имеются. Поляризуемость π - электронной системы Г определяет его растворимость; так, в работе [167] сообщается о диспергировании Г в 40 различных растворителях, причем «качество» диспергирования соответствует параметрам растворимости Хансена и Гидельбранда для соответствующих растворителей. Показано, что наилучшим растворителем для графенов является ДМФ; за ним идут N-метилпирролидон, диметилсульфоксид, этанол и ацетонитрил, в то время как ацетон и ТГФ для этих целей непригодны [168].

Отмечено, что Г может адсорбировать (и десорбировать) различные молекулы и ионы: O₂, N₂, CO, CO₂, NO, NO₂, NH₃, K⁺, OH^- и др. Показано, что электрофизические характеристики Г существенно меняются в зависимости от природы и концентрации сорбированных на его поверхности молекул или ионов. Эти наблюдения дают основания считать, что Г может служить основой для создания газовых сенсоров [169].

Отмечена высокая антибактериальная актвность графена [170].

Приведённые выше примеры показывают, что существуют пути химической модификации однослойного графена, «точечного» изменения его электрофизических характеристик, направленного создания «дефектов» структуры. Это создаёт предпосылки для развития углеродной электроники на основе графена и его производных.