The assembly of a composite based on nano-sheet graphene oxide and montmorillonite

Abstract

Graphene oxide (GO) nano-sheets were synthesized using a modified Hummers' method from graphite powder. The Raman spectrum of GO displayed a D-band at 1359 cm -1 and a G-band at 1594 cm -1 . The I D /I G value of GO was calculated to be 0.97, suggesting the formation of new sp 2 clusters upon reduction. A method was designed to investigate the assembly of the GO/montmorillonite (MMT) composite. After the addition of GO, the typical peaks of montmorillonite in FT-IR spectra shifted, indicating the assembly between GO and MMT. The D-band and G-band reduced sharply in the GO/MMT composite. More importantly, the D-band (1344 cm -1 ) and G-band (1574 cm -1 ) shifted significantly and the I D / I G value of the GO/MMT composite was calculated to be 1.13, showing a change in the GO structure. In the addition of 0.04 wt% GO to MMT, the value of interlayer space (d) was up to 13.0 Å measured by XRD due to the insertion of GO into MMT. The evident increases in contents of carbon atoms (26.59%) and nitrogen atoms (3.44%) indicate that GO was successfully combined with MMT. The nano-pores and clay sheets were not observed in the SEM image of GO/clay, but obvious wrinkles, while flexible sheets were observed in the typical scanning electron microscopy images of GO. This further proves that GO was combining with clay. The TEM image shows that the GO nano-sheets were tiled on the surface of MMT sheets. This observation suggests that a stable assembly structure was formed between GO sheets and MMT sheets. The change in particle size of MMT with the addition of GO shows that interaction occurred between GO sheets and MMT sheets, which was further confirmed by the results of zeta potential. Adsorption and insertion were the main mechanisms to assemble GO and MMT.

Híbridos de grafeno/montmorillonita e óxido de grafeno/montmorillonita como nanomateriais funcionais: uma visão da literatura atual

“…Os grupos funcionais oxigenados presentes na estrutura do GO promovem caráter hidrofílico e maior reatividade a esse material. Essa interação pode ocorrer de forma direta, em que os grupos funcionais presentes no GO interagem com os grupos contendo oxigênio nas extremidades de bordas da MMT principalmente por meio de ligações de hidrogênio, interações eletrostáticas (íon-dipolo, dipolo-dipolo), como também por ligações covalentes, dependendo das condições [125]. E, de forma indireta, por meio de agentes reticulantes que atuam como 'ponte de ligação' entre os dois materiais, ampliam as possibilidades de processos de interação com argilominerais em relação ao grafeno, facilitando a formação de compósitos híbridos, especialmente via processos de intercalação e imobilização covalente [17,19,45].…”

“…Com efeito, uma variedade de procedimentos para desenvolvimento dos híbridos com a MMT é contemplada, fundamentando-se comumente na dispersão ou esfoliação mecânica, em que tratamentos com ultrassom são bastante empregados, seguidos de contato dos materiais para promoção da interação, visto que as características de ambos os materiais fornecem grande praticidade a esse processo. Os híbridos GO/MMT foram preparados pelo contato direto de dispersões de GO (0,005%, 0,01%, 0,02%, 0,04% e 0,08% em massa) e do argilomineral em água, através de processos de esfoliação e agitação [125]. Os espectros de infravermelho dos materiais híbridos apresentaram deslocamentos nas bandas referentes aos grupos O-H, em relação a MMT, em que bandas na faixa de 1641 e 3624 cm -1 foram deslocadas para 1636 e 1624 cm -1 , indicando que a folha de GO foi adsorvida na MMT através de ligações de hidrogênio.…”

“…Com o aumento da atração, o equilíbrio foi quebrado e então as folhas de GO foram adsorvidas na superfície da MMT e algumas folhas GO inseridas no espaço interlamelar do argilomineral. Assim, a adsorção e intercalação de folhas de GO foram os principais mecanismos para formar uma estrutura de montagem estável baseada em nanofolhas de GO e MMT [125]. Os materiais híbridos GO/MMT foram obtidos pela mistura e tratamento ultrassônico de suspensões de GO e MMT [45].…”

“…Novamente verificou-se, a partir das análises morfológicas de MEV e MET, que o material manteve a morfologia da MMT com algumas ondulações superficiais intrínsecas provenientes do GO. Os difratogramas de raios X mostraram que o d 001 aumenta de 1,25 para 1,50 nm, como observado no estudo anterior [125], e com diferentes extensões esse mesmo comportamento foi verificado [97]. Os resultados de DRX, apoiados pela análise de MET, ilustraram que o GO pode sofrer interações e ser depositado na superfície e/ou ser intercalado entre as camadas do argilomineral.…”

Thermal maturity evaluation using Raman spectroscopy for oil shale samples of USA: comparisons with vitrinite reflectance and pyrolysis methods

“…Raman spectroscopy is potentially a better technique for nondestructive, rapid, and precise maturity evaluation of hydrocarbon source rocks (Kelemen and Fang 2001;Marshall et al 2012;Wilkins et al 2014). In recent years, Raman spectroscopy has emerged as a indispensable useful method that provides information about the structural and chemical properties of carbon materials (e.g., Ferrari and Robertson 2000;Beyssac et al 2002;Xie et al 2008;Wilkins et al 2014Wilkins et al , 2015Zhou et al 2014;Schito et al 2017;Sauerer et al 2017;Schmidt et al 2017;Khatibi et al 2018;An et al 2018;Hackley and Lünsdorf 2018). This method can also be used to study small, dispersed maceral grains that are difficult to study by other methods.…”