単一のグラフェンはどのようにして水に均一に分散しますか？

一般的に、グラフェンと水は十分に混合されていません。グラフェンが水中にある場合、「ダングリングボンド」が現れ（水分子の水素原子はグラフェンの表面を指します）、グラフェンの近くの水分子は3つを超えることはできません。水素結合がありますが、純水は水分子あたり平均3.6個の水素結合を持っています。したがって、グラフェンと非極性炭化水素は、水中の水素結合を破壊して疎水性相互作用を引き起こし、グラフェンを水に溶解するのを困難にする可能性があります。さらに、グラフェンは、グラフェンの表面で水に溶解したナノバブルの核形成を促進します。これは、グラフェンの凝集と沈殿も悪化させます。グラファイトインターカレーション化合物は、非プロトン性溶媒中でグラフェンの単層にストリッピングして、熱力学的に安定した負のグラフェン溶液を生成することができます。負に帯電したグラフェンは強力な還元剤ですが、有機溶媒は空気や湿気に敏感です。最近、ジョージ等。 （DOI：10.1038 / NCHEM.2669）は、水を除去する水中で単層グラフェンシートの均一な分布を実現しました。このグラフェン水溶液は空気中で安定であり、界面活性剤の添加を必要としません。

グラファイトカリウムを不活性雰囲気のテトラヒドロフランTHFに溶解して、負に帯電したグラフェンポリイオンの単層を形成し、THF中の空気にさらすことにより、負に帯電したグラフェンイオンをグラフェンに酸化し、次に脱気した水に急速に移動します。空気にさらされると、過酸化物カチオンと中性グラフェンが形成されます。通常の実験条件下では、水に溶解したガスがグラフェン表面に吸着すると、分散した個体間に長距離の引力が生じ、それによって凝集が促進されます。逆に、水を脱気すると、グラフェンの表面に水イオンが吸着されます。この吸着により、分散したグラフェン層に一定の電荷を持たせ、静電反発力によりグラフェンシートの分散状態を安定させることができます。一般に、脱気水中では、グラフェンシート間の拡散の引力が低く、静電反発安定性があるため、脱気水中でのグラフェンの再凝集は大幅に遅くなります。負に帯電したグラフェンの酸化と水分解により、OH--イオンがグラフェンの表面に自発的に吸着し、グラフェンは水中に帯電します。 2つのグラフェンが出会うと、反発を引き起こします。そのため、グラフェンは0.16g / Lの濃度で効果的に水に分散させることができ、数ヶ月間安定して保存することができます。

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