La imagen de la izquierda muestra la impecable película GO, que se desintegró en agua. La película contaminada de la derecha permanece estable.
Un equipo dirigido por la Universidad Northwestern encontró recientemente la respuesta a una pregunta misteriosa que ha desconcertado a la comunidad científica de los materiales durante años, y llegó en forma de una química sorprendentemente básica.
Como muchos científicos, Jiaxing Huang no entendía por qué las películas de óxido de grafeno (GO) eran altamente estables en agua. Cuando está sumergido, las hojas GO individuales se cargan negativamente y se repelen entre sí, lo que debería hacer que la membrana se desintegre. Pero artículos anteriores señalaron que en lugar de desintegrarse, las películas se estabilizaron.
"No tiene ningún sentido, "dijo Huang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick. "Muchos científicos han estado muy desconcertados por esto".
Óxido de grafeno, un producto de la oxidación del grafito, se usa a menudo para hacer grafeno, una capa gruesa de carbono de un solo átomo que es notablemente fuerte, ligero, y tiene un alto potencial en electrónica y almacenamiento de energía. En los últimos tres años, sin embargo, más científicos se han interesado en GO en sí, en parte debido a su potencial para aplicaciones de separación molecular.
Después de estudiar el material durante muchos años, Huang se dio cuenta de que el secreto de la misteriosa insolubilidad de GO era la introducción involuntaria de un contaminante común. Para hacer una película GO, muchos científicos pasan la dispersión ácida de láminas individuales a través de discos de filtro de óxido de aluminio anodizado poroso, que se utilizan popularmente para preparar membranas de muchos nanomateriales. El equipo de Huang descubrió que durante la filtración, los discos de filtro de aluminio se corroen en agua ácida para liberar una cantidad significativa de iones de aluminio, Alabama 3+ . El ión cargado positivamente se une a las láminas GO cargadas negativamente para estabilizar las membranas resultantes.
"Hemos resuelto el rompecabezas utilizando esencialmente química inorgánica de primer año, ", Dijo Huang." Ahora sabemos que las películas de óxido de grafeno son realmente solubles en agua. Es solo una cuestión de pureza de la muestra ".
Otros iones metálicos multivalentes, como el manganeso, que es un subproducto de la síntesis de GO, también puede reticular las hojas.
La investigación de Huang se describe en "Sobre el origen de la estabilidad de las membranas de óxido de grafeno en el agua, " publicado en Química de la naturaleza el 5 de enero. Otros autores del artículo incluyen al estudiante graduado Che-Ning Yeh, postdoctorado Kalyan Raidongia, ex estudiante graduado visitante Jiaojing Shao, y el ex asesor de Shao, Quan-Hong Yang, de la Universidad de Tianjin en China. La Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval financiaron diferentes partes descritas en el documento.
El hallazgo de Huang también indicó que las películas de GO no son tan fuertes como los investigadores alguna vez pensaron. Los iones de aluminio hacen que la película sea mucho más rígida. Sin los iones GO es de tres a cuatro veces más débil.
"Esta es una llamada de atención para cualquiera que use discos de filtro de óxido de aluminio, ", dijo." La gente lo ha utilizado para la preparación de muestras en muchas áreas de la ciencia de los materiales y la biología. Ahora sabemos que no está tan limpio como pensamos ".
