Síntesis de grafeno de pocas capas empleando extractos de plantas y sonicación

Abstract

En este trabajo se realizó la síntesis de grafeno de pocas capas a partir de grafito comercial. Se obtuvieron estructuras laminares grafíticas de pocas capas, mediante la aplicación de ultrasonido, utilizando agua desionizada como solvente y extractos de opuntia ficus indica (ofi) y Sangregado como agente reductor. Los extractos contienen ácido ascórbico, almidones y glucosa, entre otros elementos, cuya función fue sustituir la presencia de ácidos como: nítrico, sulfúrico y oxidantes como permanganato de potasio, perclorato de potasio o nitrato de sodio. Se pretende lograr la síntesis de grafeno operando desde los lineamientos de la síntesis verde, que busca disminuir o evitar el uso de productos químicos de alto impacto ambiental negativo. El uso del método físico de exfoliación con ultrasonido ayudó a disminuir los niveles de consumo de energía que usualmente son requeridos para lograr la síntesis aquí propuesta. El método de trabajo garantiza la obtención de láminas de grafeno de pocas capas con espesor de unidades de nanómetros con bajo índice de defectos estructurales. Los tratamientos fueron realizados a temperatura ambiente y las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante espectrofotometría UV-visible, para determinar la cantidad de luz que es capaz de absorber e inferir su composición química. Adicionalmente, mediante espectroscopia Raman fue posible determinar los modos vibracionales y rotacionales de los enlaces químicos en las moléculas e inferir acerca de la composición química y estructura cristalográfica. Se detectaron las bandas vibracionales características del grafeno: bandas D, G y 2D. Se analizó el comportamiento vibracional de las bandas Raman, en dependencia con la cantidad de extracto y parámetros macroscópicos del proceso de síntesis. La microscopia electrónica de transmisión corroboró la eficiencia en el proceso de exfoliación detectando grupos de pocas láminas de grafeno. Parámetros morfológicos y estructurales como distancias interplanares asociadas al grafeno, separación excesiva interlaminar, número de láminas, etc., fueron detectados mediante las imágenes TEM. Complementariamente, empleando espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X se analizó el estado químico y la estructura electrónica de los elementos, cuya energía de ligadura de los electrones emitidos es característica.