L’ossido di grafene (GO) è una forma ossidata del grafene che possiede proprietà eccezionali, come una ampia superficie, un’elevata stabilità e buone proprietà elettriche, termiche, meccaniche e strutturali.
Inoltre, le sue proprietà possono essere modificate attraverso la funzionalizzazione. La struttura del GO è costituita da strati di carbonio con gruppi funzionali contenenti ossigeno, come carbonili, carbossili, ossidrili ed epossidici, rendendolo un materiale versatile per la sintesi di derivati del grafene come fluorografene, bromografene e grafano.
Proprietà uniche e sintesi dell’ossido di grafene
Nonostante le sue somiglianze con il grafene, l’ossido di grafene presenta differenze significative: non assorbe la luce visibile, ha una conduttività elettrica più bassa e dimostra un’attività chimica più elevata. È inoltre idrofilo e può formare facilmente sospensioni acquose o in solventi organici. Le forme altamente ossidate di ossido di grafene sono isolanti elettrici con un band gap di circa 2,2 eV.
Le particelle di ossido di grafene sono altamente idrofile e formano dispersioni stabili in una vasta gamma di solventi, grazie ai gruppi idrossilici presenti sulla loro superficie. La presenza di gruppi ossigeno riduce l’impilamento π-π, diminuendo la conduttività e introducendo difetti reticolari. Inoltre, l’ossido di grafene mostra eccellenti proprietà di fotoluminescenza, rendendolo utile per applicazioni di biorilevamento e fotoelettronica. Ha anche proprietà antibatteriche e può essere drogato con altri materiali per potenziarne gli effetti.
Applicazioni e sintesi dell’ossido di grafene
L’ossido di grafene è un materiale interessante per l’immobilizzazione degli enzimi grazie alla sua ampia area superficiale specifica e alla presenza di gruppi funzionali. Tuttavia, le sue proprietà dipendono fortemente dal metodo di sintesi, che influisce sul numero e sul tipo di gruppi ossigeno. La preparazione dell’ossido di grafene risale al 1859, ma negli ultimi anni sono stati sviluppati metodi sintetici più efficienti e sicuri.
Il metodo più utilizzato attualmente è quello di Hummers-Offeman, che utilizza una miscela concentrata di acido solforico, nitrato di sodio e permanganato di potassio. Questo metodo offre una buona resa e richiede meno tempo rispetto ai metodi precedenti, riducendo al minimo il rilascio di sottoprodotti tossici. Questi sviluppi hanno reso l’ossido di grafene un materiale promettente per una vasta gamma di applicazioni in diversi settori industriali.
Sintesi e Applicazioni dell’Ossido di Grafene
L’ossido di grafene può essere sintetizzato tramite diversi metodi, come l’ossidazione della grafite seguita dall’esfoliazione o il trattamento idrotermale del glucosio. Le applicazioni ambientali e biomediche dell’ossido di grafene sono rilevanti a causa delle sue interazioni con varie molecole presenti sulla sua superficie. È impiegato nella catalisi per la conversione dei gas inquinanti nelle lavorazioni industriali e per l’adsorbimento e la conversione di sostanze inquinanti presenti nelle acque.
In campo biomedico, l’ossido di grafene viene utilizzato nel rilascio di farmaci e geni, fototerapia, bioimaging, biosensing e nell’ingegneria tissutale, grazie alla sua stabilità colloidale, biocompatibilità e proprietà antibatteriche.
Applicazioni nell’Ingegneria dei Materiali
Il grafene e l’ossido di grafene sono materiali promettenti per il miglioramento delle proprietà meccaniche dei materiali ad alta temperatura come metalli e ceramiche, nonché per il rinforzo dei materiali da costruzione come il cemento. L’aggiunta di ossido di grafene a materiali simili al cemento migliora le proprietà meccaniche di tali materiali aumentando la resistenza alla flessione e alla compressione.
In conclusione, le diverse applicazioni e i metodi di sintesi dell’ossido di grafene lo rendono un materiale versatile con un grande potenziale in diversi settori, dall’ambiente alla medicina e all’ingegneria dei materiali.