Kinetics of the thermal decomposition of thermally reduced graphene oxide treated with a pulsed high-frequency discharge in hydrogen atmosphere

Анотація

Досліджено термічну стабільність і кінетику термічного розкладання термічно відновленого оксиду графену (TRGO), який оброблено імпульсним високочастотним розрядом в атмосфері водню. Для отримання вихідного оксиду графіту із графітового порошку використовували модифікований метод Хаммерса. Термічну ексфоліацію порошку оксиду графену проводили в умовах вакууму зі швидкістю нагріву 5–7 градусів за хвилину до температури 300 °С. TRGO було оброблено імпульсним високочастотним розрядом в атмосфері водню для часткового гідрування графену (хімічне додавання атомарного водню), що спричиняє структурні зміни у вуглецевих площинах і утворення зв’язків C–H sp³. Вимірювання втрати маси за допомогою термогравіметричного аналізу проводилися від кімнатної температури до 1000 °C в атмосфері азоту зі швидкістю потоку азоту 20 мл/хв і різними швидкостями нагрівання: 50, 75, 100, 125, 150 та 200 К/хв відповідно. Метод Кіссінджера використовувався для визначення енергії активації речовин, що розкладаються. Енергії активації E_a1, E_a2 та E_a3, що дорівнюють 28, 50 та 148 кДж/моль відповідно, були порівняні з енергіями активації термічної дефункціоналізації багатошарових вуглецевих нанотрубок (MWCNTs). Енергія активації E_a3 = 148 кДж/моль близька до термічного розкладання ангідридних функціональних груп у MWCNT. Значення E_a2 = 50 кДж/моль вказує на наявність функціональних груп кето- та гідроксикислот на TRGO. Енергія активації E_a1 = 28 кДж/моль пов’язана з усіма іншими групами, включаючи легші зв’язки C–H, які руйнуються внаслідок дегідрування TRGO. Отримані експериментальні результати є корисними для подальшої розробки кінетичної моделі механізму найбільш ймовірної реакції розпаду TRGO.