자유 라디칼 및 흑연/그래핀 산의 촉매 활성을 지배하는 주요 구조적 특징

구조적 결함으로 인한 비짝 전자(라디칼)의 존재는 탄소 재료의 촉매 반응성에 기여하는 것으로 여겨진다. 흑연 산화물과 그래핀 산화물(GO)은 상당한 구조적 결함을 포함하고 있어 흑연 및 그래핀보다 더 반응성이 있다고 간주된다. 그러나 이들의 라디칼 함량/반응성과 물리적, 화학적 구조 간의 관계는 아직 알려져 있지 않아 고효율 탄소 기반 촉매의 제조에 제한을 둔다. 본 연구에서는 흑연을 점진적으로 산화시켜 다양한 산화 수준과 크기의 흑연 산화물 및 GO를 제조하였다. 약 3.0의 C/O 비율과 약 50nm의 두께를 가진 흑연 산화물에서 최대 라디칼 함량을 달성할 수 있음을 관찰하였다. 이러한 흑연 산화물은 각각 약 45%의 π 결합과 38%의 산소화 결합을 포함하고 있다. 더 얇거나 두꺼운 시트는 각각 과도 또는 불충분한 산화로 인해 낮은 라디칼 함량을 보인다. 높은 라디칼 함량을 가진 단일 GO 시트는 산화와 환원의 조합을 통해서만 생산될 수 있다. 페놀 분해를 위한 흑연/그래핀 산화물의 촉매 활성은 그들의 라디칼 함량과 선형적으로 상관관계가 있는 것으로 발견되었다. 이러한 관찰은 탄소 기반 비금속 촉매의 발전에 있어 중요하다.