Döngü methodu ile grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksit sentezinin karakterizasyonu

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 2, 1371 - 1384, 03.02.2025

Zeynep Karcıoğlu Karakaş , Haluk Korucu

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1391047

Öz

Hummers methodu ile grafen oksit sentezi ve kimyasal indirgenme metoduyla indirgenmiş grafen oksit sentezi üzerine yapılan çalışmalar, araştırmacıların grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksiti çalışmalarında kullanımının artması sebebiyle giderek artmaktadır. Bu çalışmada grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksit sentezine farklı bir yaklaşım ele alınmıştır. Çalışmada hummers ve kimyasal indirgenme methodunda döngüsel bir yaklaşım ele alınmıştır. Döngüsel yaklaşımda kimyasal indirgenme aşamasında sodyum bor hidrür kullanımı incelenmiştir. İlk aşamada modifiye hummers metodu kullanılarak grafitten grafen oksit sentezlenmiştir. Sentezlenen grafen oksit, sodyum bor hidrür ile indirgenmiş bu grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksit için birinci döngüyü oluşturmuştur. Bu işlem döngü oluşturmak için 4 kez tekrarlanarak döngüler arasındaki farklılıklar gözetilmiştir. Döngüsel yaklaşım ile grafen oksit ve indirgenmiş grafen oksit için belirlenen kalite kriterleri sırası ile D piki yoğunluğunun G piki yoğunluğuna oranı (D/G), yüzey alanı ölçümü (YA-m2/g/), ortalama parçacık boyutu(PB-nm) ve zeta potansiteli (ZP-mv) ve karbonun oksijene atomik oranı (C/O) seçilmiştir. Döngüsel yaklaşımda seçilen kalite kriterlerinden iyi iyileşme oranlarını, D/G için RGO-B2 ile - % 20,69, C/O için GO-B3 ile -%10,15, PB için RGO-B4 ile %63,72, ZP için GO-B2 ile %3,93 ve YA için GO-B3 ile %599,06 sonuçları elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Grafen Oksit, İndirgenmiş Grafen Oksit, Döngü Yöntemi, Hummers Methodu, Kimyasal İndirgenme

Etik Beyan

Bu çalışmanın, özgün bir çalışma olduğunu; çalışmanın hazırlık, veri toplama, analiz ve bilgilerin sunumu olmak üzere tüm aşamalarından bilimsel etik ilke ve kurallarına uygun davrandığımı; bu çalışma kapsamında elde edilmeyen tüm veri ve bilgiler için kaynak gösterdiğimi ve bu kaynaklara kaynakçada yer verdiğimi; kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, çalışmanın Committee on Publication Ethics (COPE)' in tüm şartlarını ve koşullarını kabul ederek etik görev ve sorumluluklara riayet ettiğimi beyan ederim. Herhangi bir zamanda, çalışmayla ilgili yaptığım bu beyana aykırı bir durumun saptanması durumunda, ortaya çıkacak tüm ahlaki ve hukuki sonuçlara razı olduğumu bildiririm.

Destekleyen Kurum

Çankırı Karatekin Üniversitesi

Proje Numarası

MF081123B33

Teşekkür

Bu araştırma Çankırı Karatekin Üniversitesi tarafından finanse edilen Bilimsel Araştırma Projesi (MF081123B33) desteği ile gerçekleştirilmiştir. Yazar Çankırı Karatekin Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje Yönetim Birimi'ne (ÇAKÜ-BAP) teşekkür eder.

Kaynakça

• 1. Brodie B. C., On the atomic weight of graphite. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 149, 249-259, 1859.
• 2. Staudenmaier L., Verfahren zur Darstellung der Graphitsäure,” Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 31 (2), 1481-1487, 1898.
• 3. Hummers W. S., Offeman R. E., Preparation of graphitic oxide, Journal of American Chemical Society, 80, 1339, 1958,
• 4. Marcano D.C., Kosynkin D.V., Berlin J.M., Sinitskii A., Sun Z., Slesarev A., Alemany L.B., Lu W., Tour J.M., Improved synthesis of graphene oxide, ACS Nano, 4 (8), 4806–4814, 2010.
• 5. Uğur M., Dissolution kinetics for colemanite ore in propionic acid solutions saturated with pyrite roasting gas, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 43 (7), 2024.
• 6. Chudziak T., Montes-García V., Czepa W., Pakulski D., Musiał A., Valentini C., ... Ciesielski A., A comparative investigation of the chemical reduction of graphene oxide for electrical engineering applications, Nanoscale, 15 (44), 17765-17775, 2023.
• 7. Kütük N., Boran F., Cetinkaya Gürer S. Reduction of Graphene Oxide using purple cabbage extract and investigation of photocatalytic activity by oxidation, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (3), 1331-1343, 2023.
• 8. Zhou A., Yu T., Liang X., Yin S., H2O2-free strategy derived from Hummers method for preparing graphene oxide with high oxidation degree, FlatChem, 38, 100487, 2023.
• 9. Okutan M., Electrochemical determination of ascorbic acid with thermally reduced graphene oxide, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (3), 1589-1602, 2020.
• 10. Fidan T., Alyamaç Seydibeyoğlu E., Experimental investigation of thermophysical and rheological properties of water-based nanofluids containing graphene nanoplatelets with different specific surface areas, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (1), 389-398, 2021.
• 11. Karakaş, Z. K., Investigation of the usability of zinc ferrite nanoparticles synthesized by microwave assisted combustion method as photocatalyst for removal of organic dyes from wastewaters, Environmental Research and Technology, 4 (1), 42-52, 2021.
• 12. Korucu H., Multi response optimization of synthesis of boron compounds by Dopting to graphene oxide in the Modified Hummers method, Materials Science and Engineering: B, 311, 117839, 2025.
• 13. Karakaş I. H., Karcioğlu Karakaş Z. The effects of heat treatment temperatures on photocatalytic activity of cobalt ferrite nanoparticles synthesised by microwave‐assisted combustion method, Coloration Technology, 139 (3), 276-293, 2023.
• 14. Zhang X., Zhao K., Wang X., Wang H., Yang W., Liu J., Li D. Surface-enhanced Raman spectroscopy for environmental monitoring using gold clusters anchored on reduced graphene oxide, Science of The Total Environment, 856, 158879, 2023.
• 15. Alsunbul H., Alfawaz Y. F., Alhamdan E. M., Farooq I., Vohra F., Abduljabbar, T. Influence of carbon and graphene oxide nanoparticle on the adhesive properties of dentin bonding polymer: A SEM, EDS, FTIR study, Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials, 21, 22808000231159238, 2023.
• 16. Guliyeva N. A., Abaszade R. G., Khanmammadova E. A., Azizov, E. M., Synthesis and analysis of nanostructured graphene oxide, Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials, 1, 23-30, 2023.
• 17. Uğur M., Şimşek B., Uygunoğlu T., Kocakerim M. M., Comparison of effectiveness of blending and impregnation applications of dispersed nanoparticles on performance of cementitious composites. Construction and Building Materials, 392, 132009, 2023.
• 18. Baskoro F., Wong C. B., Kumar S. R., Chang C. W., Chen C. H., Chen D. W., Lue S. J., Graphene oxide-cation interaction: Inter-layer spacing and zeta potential changes in response to various salt solutions, Journal of Membrane Science, 554, 253-263, 2018.
• 19. Mohan V. B., Jayaraman, K., Bhattacharyya, D., Brunauer–Emmett–Teller (BET) specific surface area analysis of different graphene materials: a comparison to their structural regularity and electrical properties, Solid State Communications, 320, 114004, 2020.
• 20. Zhang, S., Wang, H., Liu, J., & Bao, C., Measuring the specific surface area of monolayer graphene oxide in water. Materials Letters, 261, 127098, 2020.
• 21. Wu K., Li Y., Zhou Q., Hu X., Ouyang S., Integrating FTIR 2D correlation analyses, regular and omics analyses studies on the interaction and algal toxicity mechanisms between graphene oxide and cadmium, Journal of Hazardous Materials, 443, 130298, 2023.
• 22. Guliyeva, N. A., Abaszade, R. G., Khanmammadova, E. A., Azizov, E. M., Synthesis and analysis of nanostructured graphene oxide, Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials, 1, 23-30, 2023.
• 23. Korucu H. Optimization of Graphene Oxide Synthesis Using Hummers Method, Gazi University Journal of Science, 37 (3), 1132-1152, 2024.
• 24. Abaszade, R. G., Synthesis and analysis of flakes graphene oxide, Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials, 14 (3), 107-114, 2022.
• 25. Korucu, H, B Şimşek, Kocakerim M.M., Karakaş İ.H., Effective reduction of graphene oxide using sulfur dioxide-containing chemical compounds, International Journal of Environmental Science and Technology, 16, 8329-8342, 2019.
• 26. Abaszade, R. G., Synthesis and analysis of flakes graphene oxide, Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials, 14 (3), 107-114, 2022.
• 27. Kumuda S., Gandhi, U., Mangalanathan U., Rajanna K., Synthesis and characterization of graphene oxide and reduced graphene oxide chemically reduced at different time duration, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 35 (9), 1-15, 2024.
• 28. Liyanage C. D., Kumar H., Perera, I., Abeykoon P. G., Chen F., Joya J. S., ... Adamson D. H., Synthesis of graphene oxide: Effect of sonication during oxidation, Carbon, 223, 119047, 2024.
• 29. Şimşek B., Uygunoğlu T., Uğur M., Ceran Ö. B., Dilmaç Ö. F., Experimental investigations of aluminum hydroxide nanoparticles on properties of cementitious composites using macro and micro scale tests, Construction and Building Materials, 401, 132955, 2023.