Grafeno una red bidimensional de átomos de carbono, ha atraído un enorme interés de una amplia base de la comunidad de investigadores durante más de una década. Nanocintas de grafeno (GNR), tiras estrechas de grafeno cuasi unidimensional, poseen características complementarias en relación con su contraparte bidimensional de láminas de grafeno. Basado en cálculos teóricos, las propiedades eléctricas de los GNR se pueden controlar mediante la configuración de ancho y borde, y pueden variar de metálicos a semiconductores.

Las propiedades físicas de los GNR dependen significativamente del tamaño y número de capas, que a su vez dependen de su método de síntesis. Hay tres enfoques principales para la síntesis de GNR:cortar grafeno mediante técnicas litográficas, síntesis ascendente a partir de moléculas policíclicas, y descompresión de nanotubos de carbono (CNT). Mientras que el método de abajo hacia arriba proporciona una ruta hacia un control preciso de los bordes, y el método litográfico puede permitirse GNR con una ubicación precisa, el método de descompresión ofrece la ventaja de la producción en masa.

Los métodos de descompresión de MWCNT se pueden clasificar en cuatro tipos principales:el enfoque asistido por intercalación reductora, descompresión oxidativa, descompresión electroquímica, y un cuarto grupo misceláneo de métodos. El primer enfoque se basa en la conocida capacidad de los metales alcalinos para intercalar el grafito con la expansión en la dirección del eje Z. Tal expansión de celosía induce una tensión extrema dentro de las paredes concéntricas, resultando en el estallido, o apertura longitudinal, de los tubos. Los GNR resultantes son altamente conductivos, pero siguen siendo de múltiples capas y foliadas. Debido a la atracción entre las superficies, no se exfolian en cintas de una sola capa.

El enfoque oxidativo implica el tratamiento de MWCNT en medios oxidativos ácidos con una formulación casi idéntica a la utilizada en la producción de óxido de grafeno (GO) a partir de grafito mediante el método Hummers. El producto resultante son nanocintas de óxido de grafeno (GONR). A diferencia de los GNR obtenidos por el método de intercalación reductora, Los GONR se exfolian fácilmente en solución acuosa, y se pueden obtener como estructuras de una sola capa. Kosynkin et al. Propusieron un mecanismo de reacción para la descompresión oxidativa.

Invocando la oxidación clásica de los alquenos por permanganato en ácidos, el primer paso es la formación de éster de manganato en un enlace C-C, y el segundo paso es la ruptura del enlace C-C con formación de cetonas en los bordes recién formados. Este mecanismo fue desarrollado más a fondo en el trabajo teórico de Rangel et al. La síntesis original generó numerosos estudios sobre la descompresión oxidativa de MWCNT. En muchos informes, el proceso de descompresión se denominó "químico" en lugar de "intercalación-exfoliación, "lo que indica que el mecanismo oxidativo inducido por permanganato ha sido comúnmente aceptado, e incluso se sugirió descomprimir SWCNT.

El mecanismo recientemente propuesto se basó en la experiencia del laboratorio con el mecanismo de formación de grafito GO, que implica tres pasos consecutivos:(a) intercalación de grafito por ácido sulfúrico con formación de una etapa-1 H ₂ ASI QUE ₄ -compuesto de intercalación de grafito (GIC); (b) conversión de etapa-1 H ₂ ASI QUE ₄ -GIC en prístino GO, y (c) exfoliación de GO a láminas de una sola capa tras la exposición al agua.

Por lo tanto, en determinadas condiciones, la formación de la etapa uno H ₂ ASI QUE ₄ -GIC es ineludible para cualquier material grafítico. Después, el mecanismo de descompresión oxidativa de los MWCNT también podría estar impulsado por la intercalación. Si esto es correcto, los investigadores deberían poder detener la reacción después del primer paso de descompresión-intercalación antes de que proceda el segundo paso de oxidación. Si se alcanza, esto proporcionará productos descomprimidos pero no oxidados o mínimamente oxidados que poseen propiedades similares a las GNR descomprimidas reductivamente obtenidas por intercalación de metal potasio o sodio-potasio. En este trabajo, el laboratorio investigó el impacto de los dos parámetros clave, el KMnO ₄ / Relación MWCNT, y el tiempo de reacción sobre la estructura y composición de los productos GNR obtenidos, y derivó una comprensión revisada y más completa del proceso de descompresión.

Los investigadores demostraron que el mecanismo de descompresión oxidativa de los MWCNT se basa en la intercalación. El proceso general de descompresión implica los mismos tres pasos que en el curso de la producción de GO a partir de grafito mediante los métodos Hummers y Hummers modificados:intercalación, oxidación y exfoliación. Con MWCNT, la intercalación está asociada con la descompresión simultánea. A bajo KMnO ₄ / Relaciones MWCNT, es posible obtener GNR con características similares a las producidas por descompresión reductora. 0,12 equivalente en peso de KMnO ₄ es la proporción de umbral suficiente para descomprimir casi por completo, con solo pequeñas cantidades de oxidación covalente. Controlando el KMnO ₄ La relación / MWCNT y el tiempo de reacción permiten producir GNR con propiedades que varían en un amplio rango continuo, desde GNR graphenic multicapa hasta GONR de una sola capa. Por lo tanto, el equipo respondió varias preguntas que quedaron abiertas en el campo de descomprimir MWCNT, como la razón por la que las paredes más internas de los nanotubos permanecen cerradas. El mecanismo de reacción impulsado por intercalación proporciona una justificación para la imposibilidad de abrir los CNT de pared simple y de pocas paredes, y ayuda a reevaluar los datos del proceso de descompresión oxidativa.