Comprendiendo la dispersibilidad acuosa del óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido a través de mediciones de pKa

La química que subyace a la dispersibilidad acuosa del óxido de grafeno (GO) y el óxido de grafeno reducido (r-GO) es una consideración clave en el diseño de técnicas de procesamiento en solución para la preparación de hojas de grafeno procesables. Aquí, utilizamos mediciones de potencial zeta, titulaciones de pH y espectroscopía infrarroja para establecer la química subyacente a la dispersibilidad acuosa de las hojas de GO y r-GO a diferentes valores de pH. Mostramos que las hojas de r-GO tienen grupos ionizables con un único valor de pK (8.0), mientras que las hojas de GO tienen grupos que son más ácidos (pK = 4.3), además de grupos con valores de pK de 6.6 y 9.0. Se ha utilizado la espectroscopía infrarroja para seguir la secuencia de eventos de ionización. En ambas hojas de GO y r-GO, la ionización de los grupos carboxílicos es la principal responsable de la acumulación de carga, pero en las hojas de GO, la presencia de grupos fenólicos e hidroxilos en estrecha proximidad a los grupos carboxílicos disminuye el valor de pKa al estabilizar el anión carboxilato, resultando en una dispersibilidad acuosa superior.