Graphene based materials and their potential applications

Wydział ChemiiRozprawa doktorska pt. „Materiały grafenowe i ich potencjalne zastosowania” obejmuje cykl czterech publikacji, które skupiają się na syntezie sfunkcjonalizowanych materiałów dwuwymiarowych (grafen i tlenek grafenu) wraz z ich wieloaspektową charakterystyką struktury i właściwości, ze szczególnym uwzględnieniem procesów adsorpcyjnych oraz magazynowania energii elektrycznej. Pomijając aspekt nowości wytworzonych zmodyfikowanych materiałów dwuwymiarowych, wykonane w ramach pracy doktorskiej badania dowiodły, że kowalencyjna modyfikacja tlenku grafenu organicznym polimerem (BPEI) bardzo korzystnie wpływa na wydajność procesu adsorpcji. Wartości maksymalnej pojemności adsorpcyjnej (qmax) dla jonów metali ciężkich znacznie wyróżniają ten materiał w porównaniu do większości znanych adsorbentów węglowych. Dowiedziono również, że rodzina heteropolianionów skondensowanych typu Keplera jest bardzo interesującą grupą związków nieorganicznych, która może z powodzeniem zostać wykorzystana do tworzenia stabilnych hybryd molekularnych z kationowymi surfaktantami w oparciu o słabe oddziaływania elektrostatyczne. Funkcjonalizacja elektrochemicznie rozwarstwionego grafenu podjednostkami POM-surfaktant dowiodła, że tego typu hybrydy organiczno-nieorganiczna oprócz wysokiej stabilności posiadają ciekawe właściwości elektryczne o potencjalnym zastosowaniu w produkcji superkondensatorów.Doctoral dissertation entitled “Graphene based materials and their potential applications” included a series of four publications presenting which concerns synthesis of functionalized two-dimensional materials (graphene and graphene oxide) and their comprehensive physicochemical characterization, with particular emphasis on adsorption and energy storage properties. Apart from the novelty aspects regarding the production of modified two-dimensional materials, we could demonstrate that covalent modification of graphene oxide (GO) with an organic polymer (BPEI) very favorably affects the efficiency of the adsorption process. The maximum adsorption capacity (qmax) values for heavy metal ions significantly favour this material in comparison to the majority of known carbon adsorbents. In addition, we proved that the family of Keplerate-type polyoxometalates are a very interesting group of inorganic compounds that can form stable molecular hybrids with cationic surfactants based on electrostatic interactions. Functionalization of electrochemically exfoliated graphene (EEG) using the POM-surfactant subunits proved that this type of organic-inorganic hybrids material is very stable and have interesting electrical properties with potential application in the production of supercapacitors