Luận án tiến sĩ về nghiên cứu glucomannan trong tổng hợp vật liệu và ứng dụng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu sử dụng glucomannan để tổng hợp một số vật liệu và ứng dụng, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực tại Việt

• Đề tài: Nghiên Cứu Glucomannan: Tổng Hợp Vật Liệu Và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: luận án

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN VỀ GLUCOMANNAN
• 1.1. Cấu tạo và tính chất của glucomannan
• 1.2. Các vật liệu trên cơ sở konjac glucomannan và ứng dụng
• 1.3. Sơ lược về hydrogel
• 1.4. Vật liệu hydrogel konjac glucomannan/graphene oxide
• 1.5. Sơ lược về graphene oxide
• 1.6. Sơ lược về hydrogel konjac glucomannan/graphene oxide
• 1.7. Vật liệu hydrogel konjac glucomannan–poly(acrylic acid)
• 1.8. Sơ lược về hydrogel có khả năng biến đổi theo điều kiện môi trường
• 1.9. Sơ lược về hydrogel glucomannan–poly(acrylic acid)
• 2. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC LÀM CHẤT NỀN ĐỊNH HƯỚNG CẤU TRÚC
• 2.1. Sơ lược về phương pháp sử dụng chất nền định hướng cấu trúc
• 2.2. Phương pháp sử dụng polymer sinh học làm chất nền định hướng cấu trúc “mềm”
• 2.3. Tình hình sử dụng polymer sinh học làm chất nền định hướng cấu trúc để tổng hợp một số vật liệu nano oxide
• 3. PHẢN ỨNG FRIEDEL-CRAFTS: BENZYL HÓA BENZENE
• 4. CẢM BIẾN KHÍ
• 4.1. Một số đặc trưng của cảm biến khí
• 4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hồi đáp
• 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5.1. Phương pháp tổng hợp hydrogel konjac glucomannan/graphene oxide (KGM/GO) và nghiên cứu quá trình hấp phụ xanh methylene (MB)
• 5.2. Phương pháp tổng hợp hydrogel konjac glucomannan/graphene oxide (KGM/GO)
• 5.3. Phương pháp xác định điểm đẳng điện của vật liệu hydrogel KGM/GO
• 5.4. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ MB của vật liệu hydrogel KGM/GO
• 5.5. Nghiên cứu động học hấp phụ MB lên vật liệu hydrogel KGM/GO
• 5.6. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ
• 5.7. Nghiên cứu nhiệt động học
• 5.8. Nghiên cứu tái sử dụng vật liệu KGM/GO trong hấp phụ màu MB
• 5.9. Phương pháp tổng hợp hydrogel konjac glucomannan-poly (acrylic acid) và khả năng hấp thu - giải hấp 5-aminosalicylic
• 5.10. Phương pháp tổng hợp hydrogel konjac glucomannan-poly (acrylic acid)
• 5.11. Phương pháp xác định tỷ lệ trương nở của hydrogel KGM-PAA
• 5.12. Phương pháp xác định độ rỗng của hydrogel KGM-PAA
• 5.13. Phương pháp nghiên cứu tính chất nhạy pH của hydrogel KGM-PAA
• 5.14. Phương pháp nghiên cứu độ phân hủy sinh học
• 5.15. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ trương nở đến khả năng hấp thu - giải hấp 5-ASA của hydrogel KGM-PAA
• 5.16. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng giải hấp 5-ASA của hydrogel KGM-PAA
• 5.17. Phương pháp tổng hợp các tấm nano oxide kim loại
• 5.18. Phương pháp nghiên cứu tính chất nhạy khí của vật liệu nano NiO
• 5.19. Phương pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác của vật liệu α-Fe2O3 cho phản ứng
• 5.20. benzyl hóa vào nhân thơm
• 5.21. Phương pháp tiến hành phản ứng benzyl hóa vào nhân thơm
• 5.22. Phương pháp phân tích sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS)
• 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 6.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 6.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM)
• 6.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction, XRD)
• 6.4. Phương pháp quang phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 6.5. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 6.6. Phương pháp quang phổ Raman
• 6.7. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – khử hấp phụ vật lý nitơ
• 6.8. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng
• 7. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 7.1. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GLUCOMANNAN (KGM) ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU HYDROGEL KONJAC GLUCOMANNAN/GRAPHENE OXIDE (KGM/GO) VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ XANH METHYLENE (MB)
• 7.2. Tổng hợp và đặc trưng graphene oxide (GO)
• 7.3. Phổ hồng ngoại (FT-IR)
• 7.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X
• 7.5. Tổng hợp và đặc trưng hydrogel KGM/GO
• 7.6. Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp KGM/GO đến khả năng hấp phụ MB
• 7.7. Đặc trưng vật liệu hydrogel KGM/GO-15
• 7.8. Nghiên cứu quá trình hấp phụ MB của hydrogel KGM/GO
• 7.9. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ MB
• 7.10. Động học quá trình hấp phụ MB
• 7.11. Đẳng nhiệt hấp phụ MB lên hydrogel KGM/GO-15
• 7.12. Nhiệt động học của quá trình hấp phụ MB lên hydrogel KGM/GO
• 7.13. Tái sử dụng KGM/GO trong hấp phụ MB
• 8. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GLUCOMANNAN ĐỂ TỔNG HỢP VẬT LIỆU HYDROGEL GLUCOMANNAN – POLY(ACRYLIC ACID) VÀ ỨNG DỤNG HẤP THU – GIẢI HẤP 5 - ASA
• 8.1. Tổng hợp hydrogel glucomannan-poly(acrylic acid)
• 8.2. Hình thái của sản phẩm hydrogel
• 8.3. Khảo sát các điều kiện tổng hợp ảnh hưởng đến tỷ lệ trương nở của vật liệu
• 8.4. Đặc trưng và tính chất của vật liệu hydrogel KGM-PAA
• 8.5. Đặc trưng về các thông số hóa lý
• 8.6. Đặc trưng về thành phần và hình thái vật liệu của mẫu M5
• 9. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GLUCOMANNAN LÀM CHẤT NỀN ĐỊNH HƯỚNG CẤU TRÚC ĐỂ TỔNG HỢP MỘT SỐ VẬT LIỆU NANO OXIDE KIM LOẠI DẠNG TẤM VÀ ỨNG DỤNG
• 9.1. Tổng hợp nano Co3O4 dạng tấm
• 9.2. Ảnh hưởng của nồng độ Co(NO3)2 ban đầu
• 9.3. Ảnh hưởng của thể tích dung dịch Co(NO3)2
• 9.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
• 9.5. Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt
• 9.6. Tổng hợp nano NiO dạng tấm và nano Fe2O3 dạng tấm
• 9.7. Tổng hợp nano NiO dạng tấm
• 9.8. Tổng hợp nano α-Fe2O3 dạng tấm
• 9.9. Đặc trưng của các vật liệu nano Co3O4, NiO, Fe2O3 dạng tấm đã tổng hợp ở điều kiện lựa chọn
• 9.10. Vai trò định hướng cấu trúc của konjac glucomannan
• 9.11. Nghiên cứu định hướng ứng dụng của các nano oxide dạng tấm thu được
• 9.12. Ứng dụng nano NiO dạng tấm trong cảm biến khí
• 9.13. Ứng dụng nano α-Fe2O3 dạng tấm làm xúc tác cho phản ứng benzyl hóa vào nhân thơm
• TÍNH MỚI CỦA LUẬN ÁN
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về glucomannan

Glucomannan là một polysaccharide tự nhiên được chiết xuất từ thân rễ của loài Amorphophallus konjac. Cấu trúc của glucomannan bao gồm các monomer D-glucose và D-mannose liên kết với nhau bằng liên kết β-glycoside, tạo thành một chuỗi mạch thẳng. Với khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại và tương tác với các phân tử hữu cơ, glucomannan đã trở thành một vật liệu tiềm năng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng glucomannan có thể được sử dụng như một chất hỗ trợ trong việc giảm béo và kiểm soát tiểu đường. Đặc biệt, glucomannan có khả năng tạo thành các hydrogel, một loại vật liệu có cấu trúc ba chiều, có khả năng hấp thụ nước lớn và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như phân phối thuốc và hấp phụ chất ô nhiễm.

1.1. Cấu tạo và tính chất của glucomannan

Cấu trúc của glucomannan cho phép nó dễ dàng tương tác với các phân tử khác thông qua các liên kết hydro và tạo phức với ion kim loại. Tính chất này làm cho glucomannan trở thành một vật liệu lý tưởng để phát triển các hydrogel có khả năng hấp phụ tốt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng glucomannan có thể hấp phụ các ion kim loại chuyển tiếp, tạo điều kiện cho việc phát triển các vật liệu mới trong lĩnh vực môi trường và y sinh. Đặc biệt, glucomannan có khả năng tạo ra các hydrogel thông minh, có thể thay đổi tính chất theo điều kiện môi trường, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm.

II. Ứng dụng glucomannan trong y học

Glucomannan đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học, đặc biệt là trong việc phát triển các sản phẩm chức năng hỗ trợ giảm cân và kiểm soát tiểu đường. Với khả năng hấp phụ nước và tạo gel, glucomannan có thể giúp tạo cảm giác no lâu hơn, từ đó hỗ trợ trong việc kiểm soát cân nặng. Ngoài ra, glucomannan còn có khả năng làm giảm mức cholesterol trong máu, góp phần vào việc phòng ngừa các bệnh tim mạch. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng glucomannan có thể giúp cải thiện tình trạng đường huyết ở bệnh nhân tiểu đường, nhờ vào khả năng làm chậm quá trình hấp thu glucose trong ruột.

2.1. Glucomannan và giảm cân

Nghiên cứu cho thấy glucomannan có thể giúp giảm cân hiệu quả nhờ vào khả năng tạo gel trong dạ dày, từ đó làm giảm cảm giác thèm ăn. Việc sử dụng glucomannan như một chất bổ sung trong chế độ ăn uống đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm cân ở nhiều đối tượng khác nhau. Các thử nghiệm lâm sàng đã chỉ ra rằng những người sử dụng glucomannan có thể giảm cân nhiều hơn so với nhóm đối chứng không sử dụng. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm chức năng từ glucomannan nhằm hỗ trợ giảm cân an toàn và hiệu quả.

III. Tổng hợp vật liệu hydrogel từ glucomannan

Việc tổng hợp các vật liệu hydrogel từ glucomannan đã thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu vật liệu mới. Hydrogel glucomannan có khả năng hấp phụ nước cao và có thể được điều chỉnh tính chất theo điều kiện môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp glucomannan với các polymer khác như poly(acrylic acid) có thể tạo ra các hydrogel thông minh, có khả năng giải phóng thuốc theo yêu cầu. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm, đặc biệt là trong việc phát triển các hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu.

3.1. Hydrogel glucomannan poly acrylic acid

Hydrogel glucomannan-poly(acrylic acid) là một trong những loại hydrogel thông minh được nghiên cứu nhiều nhất. Với khả năng nhạy cảm với pH, loại hydrogel này có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống phân phối thuốc thông minh, giúp giải phóng thuốc một cách có kiểm soát. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hydrogel này có thể hấp thu và giải phóng các hoạt chất dược phẩm một cách hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị. Việc phát triển các hydrogel từ glucomannan không chỉ mang lại lợi ích trong lĩnh vực y học mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng khác trong công nghiệp và môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GLUCOMANNAN 1. Cấu tạo và tính chất của glucomannan Glucomannan (GM) là polysaccharide, phần lớn có cấu tạo mạch thẳng, được tạo nên từ các đơn vị cấu trúc là D-glucose và D-mannose, liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4-glycoside. Tùy thuộc vào nguồn gốc GM mà tỷ lệ giữa D-glucose và D- mannose trong phân tử khác nhau.

Konjac glucomannan (KGM) là glucomannan chiết xuất từ loài Amorphophallus konjac có tỷ lệ D-mannose: D-glucose là 1,6:1 [111], [66], từ loài Acer rubrum L. là 2:1, từ loài Salvia officinalis L. Tại vị trí carbon C3 và C6 có thể có thêm liên kết β-1,3-glycoside và β-1,6-glycoside với một số đơn vị cấu trúc khác. Dưới đây là công thức cấu tạo ứng với tỷ lệ GGMM (với G = glucose; M = mannose) của GM, trong đó đơn vị glucose thứ 2 chứa nhóm acetate.

Cấu trúc mạch của konjac glucomannan, với thành phần lặp lại GGMM. Ngoài ra, đối với một số loại GM, nhóm hydroxyl ở nguyên tử carbon C6 của một số mắt xích được acetyl hóa với độ thế từ 5 – 10%. Người ta đã xác định được khối lượng phân tử trung bình của GM chiết xuất từ loài Amorphophallus konjac (KGM) từ 200. * Tính tan trong nước và ethanol: Tính tan trong nước là một trong những tính chất quan trọng của vật liệu polymer nói chung và polysaccharide nói riêng bởi vì nó ảnh hưởng đến phạm vi và khả năng ứng dụng của loại vật liệu này.

Tùy thuộc vào cấu trúc và nguồn gốc, độ tan của GM khác nhau. Yếu tố có tính quyết định tới tính tan của GM là độ acetyl hóa. Đối với loại GM có độ acetyl hóa thấp, liên kết hydro nội phân tử là tương đối mạnh nên GM không tan trong nước. 5 luan an Trong khi đó, loại GM có độ acetyl hóa cao (khoảng 19 mắt xích có một acetyl hóa) thì sự hình thành liên kết hydro nội phân tử giảm đáng kể, do đó làm tăng độ tan.

Các GM đều có độ tan kém trong ethanol [151]. * Khả năng tạo gel: Là tính chất quan trọng ảnh hưởng đáng kể đối với khả năng ứng dụng của loại vật liệu từ GM trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và lĩnh vực y dược [5]. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo gel như độ acetyl hóa, khối lượng phân tử, nồng độ. Do vậy, sự khác nhau về nguồn gốc và cấu trúc phân tử của GM dẫn đến khả năng hình thành gel cũng khác nhau.

Độ acetyl cao làm chậm lại quá trình tạo gel, GM chỉ tạo gel nhanh trong môi trường kiềm hoặc trong môi trường muối trung tính. Ở nồng độ thấp, khả năng hình thành gel GM bị suy giảm bởi khoảng cách giữa các phân tử giảm. * Tính chất hóa học: Do có đặc điểm cấu tạo của một polysaccharide nên GM có thể tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau để tạo thành các dẫn xuất. Các phản ứng xảy ra chủ yếu ở nhóm hydroxyl (-OH), nhóm acetyl và liên kết β-1,4- glycoside [59].

- Phản ứng thủy phân: Dưới tác dụng của các tác nhân cắt mạch là acid, base hoặc enzyme, GM bị depolymer hóa với sự cắt đứt các liên kết β-1,4-glycoside trong phân tử, tạo ra các oligo-glucomannan và cuối cùng là D-mannose và D-glucose. - Phản ứng deacetyl hóa: Trong môi trường acid hoặc kiềm, nhóm acetyl của GM có thể tham gia phản ứng thủy phân tạo thành GM deacetyl hóa (dạng gel hoặc không tan) và acid acetic hoặc muối acetate [28]. - Phản ứng ester hóa: Các nhóm hydroxyl (-OH) của phân tử GM có thể tham gia phản ứng với anhydride acid hoặc chloride acid tạo ra các ester của GM [7]. - Phản ứng ete hóa: Nhóm hydroxyl (-OH) của phân tử GM có thể tham gia phản ứng với tác nhân như monohalogen alkyl tạo các sản phẩm dạng ete của GM.

- Khả năng tạo phức chelate với ion kim loại: nhờ có nhiều nhóm –OH, GM có khả năng tạo phức với nhiều kim loại khác nhau Cu2+, Ni2+, Mn2+… 6 luan an 1. Các vật liệu trên cơ sở konjac glucomannan và ứng dụng - Các vật liệu xốp trên cơ sở konjac glucomannan: Với cấu trúc mạng ba chiều của KGM [23], nhiều vật liệu xốp và nhẹ dựa trên KGM đã được điều chế thành công với các đặc tính độc đáo. Vật liệu composite aerogel KGM/montmorillonite thể hiện các đặc tính cơ học tốt, xốp, và ổn định nhiệt, có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực đóng gói, cách nhiệt, đệm, kỹ thuật và hấp phụ [79]. Vật liệu sponges KGM/graphene oxide với các nhóm chức phong phú cho thấy khả năng chọn lọc tuyệt vời để bắt giữ hạt nhân phóng xạ (uranium (U (VI)) [26].

Vật liệu lai composite aerogel KGM phủ manganese và iron oxide đã cho thấy một cách tiếp cận thân thiện với môi trường trong việc loại bỏ hiệu quả vết Arsenic (III) khỏi dung dịch nước [154]. - Sử dụng KGM làm chất nền định hướng cấu trúc để tổng hợp các vật liệu nano: Shaofeng và cộng sự (2014) sử dụng KGM làm chất nền định hướng cấu trúc để tổng hợp vật liệu nano từ tính FeNi với khả năng cải thiện sự phân tán và phân bố kích thước hạt [162]. Junli và cộng sự (2014) [78] đã sử dụng KGM làm chất nền định hướng cấu trúc cho quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite KGM/Fe3O4. Với sự có mặt của KGM, các hạt nano sắt từ phân tán tốt với kích thước nhỏ hơn so với mẫu không sử dụng KGM.

Vật liệu composite KGM/Fe3O4 có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như phân tách từ tính, che chắn từ trường - điện tử. Zhao và cộng sự (2014) sử dụng KGM làm tác nhân khử và chất ổn định trong tổng hợp vật liệu nano vàng. Vật liệu thu được có hoạt tính xúc tác đáng chú ý đối với việc khử 4- nitrophenol thành 4-aminophenol [54]. - Vật liệu hydrogel trên cơ sở glucomannan nhạy pH được ứng dụng trong hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu đại tràng qua đường miệng (Oral colon targeting drug delivery system, OCDDS): Với đặc tính phân hủy bởi β-mannanase - một loại enzyme ở ruột kết [77], tính tương hợp sinh học, tạo gel, độc tính thấp và độ ổn định cao, konjac glucomannan (KGM) trở thành tá dược tự nhiên đầy hứa hẹn cho OCDDS theo đường uống [158].

Một số vật liệu đã được nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng trong hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu đại tràng như hydrogel KGM- grafting–acrylic [25], hydrogel KGM–poly (acrylic acid) IPN [145], hydrogel KGM– poly (aspartic acid) [90]… 7 luan an 1. Sơ lược về hydrogel 1. Khái niệm Hydrogel là một loại gel ưa nước và dung môi phân cực có cấu trúc không gian ba chiều, nó có khả năng trương trong dung môi mà không bị hòa tan. Hydrogel còn được định nghĩa là polymer khâu mạch có tính chất đàn hồi.

Hydrogel có nền polymer phân cực với xu hướng hấp thụ dung môi khi đặt trong môi trường có dung môi phân cực, khả năng trương của hydrogel rất lớn, chúng có thể hấp thụ lượng dung môi lớn gấp nhiều lần khối lượng khô của chúng. Khi trương lên, nó trở nên mềm và dẻo như cao su [65]. Các mạng lưới cấu trúc ba chiều của hydrogel được khâu mạch bằng các liên kết vật lý hoặc hóa học. Cấu trúc khâu mạch không tan cho phép cố định các tác nhân hoạt động hay các phân tử sinh học một cách hiệu quả và cho phép giải phóng chúng theo một cách riêng.

Với tính chất hấp thụ nước và dung môi phân cực, hydrogel có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực [37], dưới những điều kiện sinh học khiến khả năng trương của hydrogel trở thành vật liệu lý tưởng sử dụng trong dược phẩm, vật liệu y sinh [87]. Do hydrogel chứa nhiều nhóm chức trong mạng lưới nên nó có khả năng hấp phụ nhiều loại vật liệu khác nhau như ion kim loại, chất hữu cơ, polyme, các phân tử sinh học [24], [125], [149], hấp phụ chất gây ô nhiễm môi trường, phân phối thuốc trong dược phẩm, phân tách vật liệu,…[119]. Phân loại Hydrogel có thể được phân loại dựa trên một số đặc điểm cơ bản, bao gồm bản chất các nhóm chức như nhóm chức trung tính hoặc ion, các tính năng cơ học hoặc cấu trúc hydrogel, các phương pháp tổng hợp (homo- hoặc co-polymer), cấu trúc vật lý (vô định hình, bán kết tinh, liên kết hydrogen, siêu phân tử.), khả năng đáp ứng kích thích của môi trường (pH, nhiệt độ, lực ion, bức xạ.) hoặc dựa trên nguồn gốc nguyên liệu (tổng hợp, tự nhiên, bán tổng hợp). Vật liệu hydrogel konjac glucomannan/graphene oxide 1.

Sơ lược về graphene oxide a. Graphene Graphene được tạo thành từ các nguyên tử carbon sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng hay còn được gọi là cấu trúc tổ ong và có lai hóa sp2 [2]. Khoảng cách giữa các nguyên tử carbon gần nhất là 0,142 nm, chiều dày mỗi tấm graphene là 0,35 - 1,0 nm [1]. Graphene được xem như vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ.

Graphene cũng là cấu trúc cơ bản để hình thành các vật liệu khác như graphite, ống nanocarbon, fullerene [126]. Cấu trúc của Graphene [49] b. Graphene oxide Vì có cấu trúc dạng màng rất linh hoạt, graphene có khả năng thay đổi hoặc chức năng hóa khung carbon để hình thành vật liệu mới. Khi các nguyên tử carbon lai hóa sp2 trong các lớp graphene bị oxy hóa thành carbon sp3 thì tạo thành graphene oxide (ký hiệu là GO).

Cấu trúc hóa học chính xác của GO vẫn còn chưa rõ ràng. Cấu trúc của GO phụ thuộc nhiều vào phương pháp tổng hợp và được đưa ra bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau. Các dạng cấu trúc của GO được thể hiện trên Hình 1. Trong các mô hình đó, mô hình của Lerf – Klinowski phổ biến hơn cả [49].

Theo đó, graphite sau khi oxy hóa, trên mặt phẳng nằm ngang của các lớp có các nhóm hydroxyl, epoxy và trên các góc của mặt phẳng nằm ngang có thể hình thành các nhóm chức carbonyl hoặc carboxylic,. GO mang nhiều nhóm chức phong phú, do vậy, hình thành từ các liên kết hydro hay sự tương tác điện tử với các hợp chất hữu cơ có chứa oxygen và nitrogen. Các nhóm chức chứa oxygen phân cực của GO làm cho vật liệu này có xu hướng ưa 9 luan an nước. GO phân tán tốt trong nước và có thể bị tách lớp trong nhiều loại dung môi.

Sự hiện diện của các nhóm chức hoạt động như carbonyl, epoxy, hydroxyl trên bề mặt của GO cho phép nó tương tác với rất nhiều các phân tử trải dài trên bề mặt biến tính.