Visualización directa de la distribución espacial de grupos funcionales en óxido de grafeno

M.S. MORENO; N. MONGE; G.M. MORALES; C. BOOTHROYD; R. DUNIN-BORKOWSKI; C.A. BARBERO

Congreso; 2do Congreso Argentino de Microscopía; 2012

La síntesis de grafeno y óxido de grafeno (GO) ha generado un extraordinario interés debido alas novedosas, múltiples y diferentes propiedades que posee cada material. Sin embargo, la bajaprocesabilidad del grafeno y dificultad para sintetizarlo en grandes cantidades son algunos de losproblemas tecnológicos a resolver. Por otra parte, el grafeno es un material metálico y para algunasaplicaciones es necesario abrir un band gap y en lo posible controlarlo. Estos problemas se puedenresolver utilizando GO, el cual es dispersable en agua, se puede obtener más fácilmente y cuyaforma reducida (RGO) tiene un band gap no nulo [1]. La estructura química del GO es dependientedel método de síntesis [1,2] y es aún objeto de controversia e investigación. Esta controversia sedebe en gran medida a la falta de métodos directos que permitan la identificación o visualización delos grupos funcionales. En general se acepta que contiene grupos carboxílicos, cetonas, quinonas,epóxidos, lactonas y oxidrilos en distinta proporción. La falta de información no solo se limita altipo de grupos funcionales presentes, sino que tampoco se conoce con precisión como estándistribuidos espacialmente en el material. La funcionalización (modificación) química permitecontrolar la solubilidad, band gap y propiedades mecánicas. Por ello la información acerca del tipode grupos funcionales y su distribución en GO es uno de los tópicos de mayor interés en el área [3].En esta presentación se comunican distintas rutas de síntesis y modificación sucesiva de GO, asícomo los resultados preliminares de la caracterización estructural y electrónica de los mismos pormedio de EELS y microscopía electrónica de transmisión filtrada en energía con resolución atómica.El GO se sintetizó mediante el método de Hummers y Offeman [4]. Con el fin de eliminar restosde iones metálicos que pudiesen quedar del proceso de síntesis, el producto se trató con unasolución acuosa de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) en medio básico y luego se lo purificópor diálisis contra agua ultra-pura. Finalmente a una porción de este producto se lo sometió a unadiálisis contra HCl. Con el fin de determinar la localización y tipo de grupos oxigenados sobre lasuperficie del GO se sintetizaron distintos GO “dopados” con iones metálicos (Hg y Ba).Los experimentos de microscopía se realizaron usando un haz de electrones de 80 keV en elmicroscopio FEI Titan3 G2 60-300 PICO del ER-C. Este es un microscopio de la cuarta generaciónde FEG-TEM, que contiene un monocromador y correctores de aberración esférica y cromática.En la figura 1 se presentan los espectros de EELS de las diferentes muestras de GO. Puedenotarse que el contenido de Ca puede variarse en función de la ruta de síntesis.Mediante STEM-HAADF observamos que el Hg se encuentra en forma de nanopartículas,mientras que el Ba está distribuido de manera más uniforme, presumiblemente a escala atómica.Nuestro estudio mostró que a 80 kV existe daño por irradiación, como se aprecia en la Figura2a. No obstante es posible minimizar el daño y adquirir un mapa elemental del Ba como semuestra en la Fig.2c. La imagen de la Fig.2b y el espectro de EELS de la Fig.2 se adquirieronluego del mapa del Ba. Tanto en las imágenes como en el mapa del Ba se aprecian variacioneslocales en la intensidad en la misma escala espacial. Estos resultados nos permiten suponer queefectivamente estamos observando la distribución espacial de los grupos funcionales en el GO.