Graphène, un réseau bidimensionnel d'atomes de carbone, a suscité un énorme intérêt de la part d'une large base de la communauté des chercheurs pendant plus d'une décennie. Nanorubans de graphène (GNR), bandes étroites de graphène quasi unidimensionnel, possèdent des caractéristiques complémentaires par rapport à leur homologue bidimensionnel des feuilles de graphène. Sur la base de calculs théoriques, les propriétés électriques des GNR peuvent être contrôlées par la largeur et la configuration des bords, et ils peuvent varier du métal au semi-conducteur.

Les propriétés physiques des GNR dépendent de manière significative de la taille et du nombre de couches, qui à leur tour dépendent de leur méthode de synthèse. Il existe trois approches majeures pour la synthèse des GNR :la découpe du graphène via des techniques lithographiques, synthèse ascendante à partir de molécules polycycliques, et décompression des nanotubes de carbone (CNT). Alors que la méthode ascendante fournit une voie vers un contrôle précis des bords, et la méthode lithographique peut permettre des GNR avec un placement précis, la méthode de décompression offre l'avantage d'une production en série.

Les méthodes de décompression MWCNT peuvent être classées en quatre grands types :l'approche assistée par intercalation réductrice, décompression oxydative, décompression électrochimique, et un quatrième groupe de méthodes diverses. La première approche est basée sur la capacité bien connue des métaux alcalins à intercaler le graphite avec une expansion dans la direction de l'axe Z. Une telle expansion du réseau induit une contrainte extrême à l'intérieur des parois concentriques, entraînant l'éclatement, ou ouverture longitudinale, des tubes. Les GNR résultants sont hautement conducteurs, mais ils restent multicouches et foliés. En raison de l'attraction entre les surfaces, ils n'exfolient pas en rubans monocouches.

L'approche oxydante implique le traitement des MWCNTs dans des milieux oxydants acides avec la formulation presque identique à celle utilisée dans la production d'oxyde de graphène (GO) à partir de graphite par la méthode Hummers. Le produit résultant est des nanorubans d'oxyde de graphène (GONR). Contrairement aux GNR obtenus par la méthode d'intercalation réductrice, Les GONR s'exfolient facilement en solution aqueuse, et ils peuvent être obtenus sous forme de structures monocouches. Un mécanisme de réaction pour la décompression oxydative a été proposé par Kosynkin et al.

Invoquant l'oxydation classique des alcènes par le permanganate dans les acides, la première étape est la formation d'ester de manganate sur une liaison C-C, et la deuxième étape est la rupture de la liaison C-C avec formation de cétones sur les bords nouvellement formés. Ce mécanisme a été développé plus avant dans les travaux théoriques de Rangel et al. La synthèse originale a engendré de nombreuses études sur la décompression oxydative des MWCNT. Dans de nombreux rapports, le processus de décompression a été qualifié de "chimique" par opposition à "l'intercalation-exfoliation, " indiquant que le mécanisme d'oxydation induit par le permanganate a été communément accepté, et a même été suggéré de décompresser les SWCNT.

Le mécanisme nouvellement proposé était basé sur l'expérience du laboratoire avec le mécanisme de formation du graphite GO, qui implique trois étapes consécutives :(a) intercalation du graphite par l'acide sulfurique avec formation d'un étage 1 H 2 DONC 4 -composé d'intercalation graphite (GIC); (b) conversion de l'étape 1 H 2 DONC 4 -GIC en parfait GO, et (c) l'exfoliation de GO sur des feuilles monocouches lors de l'exposition à l'eau.

Ainsi, dans des conditions données, la formation de la première étape H 2 DONC 4 -GIC est incontournable pour tout matériau graphitique. Ensuite, le mécanisme de décompression oxydative des MWCNT pourrait également être induit par l'intercalation. Si c'est correct, les chercheurs devraient être en mesure d'arrêter la réaction après la première étape d'intercalation-décompression avant que la deuxième étape d'oxydation ne se déroule. Si atteint, cela donnera des produits décompressés mais non oxydés ou peu oxydés possédant des propriétés similaires aux GNR décompressés de manière réductrice obtenus par intercalation de potassium ou de sodium-potassium métallique. Dans ce travail, le laboratoire a étudié l'impact des deux paramètres clés, le KMnO 4 Rapport /MWCNT, et le temps de réaction sur la structure et la composition des produits GNR obtenus, et a dérivé une compréhension révisée et plus complète du processus de décompression.

Les chercheurs ont démontré que le mécanisme de décompression oxydative des MWCNT est en effet induit par l'intercalation. Le processus global de décompression comporte les trois mêmes étapes que dans le cadre de la production de GO à partir de graphite par les méthodes Hummers et Hummers modifiées :intercalation, oxydation et exfoliation. Avec les MWCNT, l'intercalation est associée à un dézippage simultané. À faible KMnO 4 Rapports /MWCNT, il est possible d'obtenir des GNR avec des caractéristiques similaires à celles produites par décompression réductrice. 0,12 équivalent en poids KMnO 4 est le ratio de seuil suffisant pour une décompression presque complète, avec seulement de petites quantités d'oxydation covalente. Contrôler le KMnO 4 Le rapport /MWCNT et le temps de réaction permettent de produire des GNR dont les propriétés varient dans une large gamme continue, des GNR graphéniques multicouches aux GONR monocouches. Ainsi, l'équipe a répondu à plusieurs questions restées ouvertes dans le domaine de la décompression des MWCNT, comme la raison pour laquelle les parois les plus internes des nanotubes restent zippées. Le mécanisme de réaction induit par l'intercalation fournit une justification de l'impossibilité de décompresser les NTC à paroi unique et à paroi réduite, et aide à une réévaluation des données du processus de décompression oxydatif.