اکسید گرافن (Graphene Oxide) یک نانوذره مشتق شده از گرافن به همراه گروه‌های عاملی مختلف مانندکربوکسیل، هیدروکسیل و اپوکسی است که باعث افزایش پایداری آن شده است. به دلیل وجود گروه های عاملی اکسیژن دار، ساختار اکسید گرافن به صورت شبکه دو بعدی با سوراخ های کوچک شکل گرفته است که اکسیژن نیز می‌تواند بر روی هر یک از اتم های کربنی به صورت افقی، عمودی یا مورب قرار گیرند. بسته به آرایش گروه های عاملی، خواص اپتیکال و الکتریکی اکسید گرافن می‌تواند متفاوت باشد.اکسید گرافن بدلیل خواص پلاسمونیکی منحصر به فرد خود طی تابش نور پلاسمون های سطحی آن محرک شده و باعث افزایش جذب نور در طول طیف می‌شود.
خواص:
۱- خواص الکتروشیمیایی و نوری منحصربفرد
۲- چگالی انرژِی بالا
۳- سرعت شارژ و دشارژ بالاتر نسبت به سایر مواد الکترودی مانند گرافیت و کربن نانویی
۴- خواص فتوکاتالیستی ویژه
۵- خواص طیف سنجی که به عنوان یک نمایشگر طیف سنج استفاده می شود
۶- عایق الکتریکی که با اعمال شدت بالایی از نور لیزری به آن، می‌تواند به عنوان یک نیمه رسانا نیز عمل کند.
۷- سختی بالا، مقاوم دربرابر خمش و فشار وارده
۸- خاصیت آنتی باکتریال
کاربرد های اکسید گرافن تک لایه
۱- در زمینه بیولوژی، برای ساخت ماسک‌های پزشکی، پوشش‌دهی دستگاه‌های پزشکی و همچنین داروسازی استفاده شود.
۲- در حوزه الکترونیک، اکسید گرافن به دلیل هدایت الکتریکی مناسب، افزایش حساسیت و پایداری بالا ، به عنوان یک ماده کارآمد در ساخت ترانزیستورهای نانو و سایر قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۳- در حوزه پوشش‌دهی، اکسید گرافن به عنوان یک پوشش برای محافظت از سطوح مختلف مانند فلزات، پلاستیک‌ها و حتی سنگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل داشتن خاصیت آب‌گریزی، مقاومت به حرارت و مقاومت به خوردگی، این پوشش‌ها می‌توانند در حفاظت سطوح مختلف مانند سطوح خودروها و بدنه هواپیماها مورد استفاده قرار گیرد.
۴- تولید کاتالیزور های نیمه فلزی و بدلیل خواص فتوکاتالیستی برای کاربردهایی مانند تصفیه آب، تولید هیدروژن، تولید سوخت و موارد دیگر استفاده شود
۵- ساخت سنسورهای فتوولتاییک
سنتز:
روش هیدراتاسیون و روش هیدروترمال دو روش اصلی برای سنتز این نانوساختار هستند. در روش هیدراتاسیون گرافن، اکسیداسیون گرافن با حفظ ساختار لایه‌ای گرافن صورت می‌گیرد که گرافن پودری در آب حل شده و با افزودن اسید نیتریک و اسید سولفوریک، اکسیداسیون گرافن رخ میدهد. سپس، به محلولی که حاوی اتانول یا اسید آسکوربیک است، انتقال داده می‌شود تا اکسید گرافن به گرافن بازتبدیل شود.
در روش هیدروترمال، گرافن به عنوان پودری در آب حل شده و بر روی یک زیرلایه حرارتی قرار می‌گیرد. پس از آن، یک حلال شیمیایی مانند هیدرازین و یا نیتروژن سولفوریک به آن اضافه می‌شود. سپس، نمونه برای چند ساعت در دمای بالا گرم می‌شود تا اکسید گرافن تشکیل شود.
از دیگر روش‌های سنتز اکسید گرافن، استفاده از روش اپیتاکسی می‌باشد که گرافن بر روی یک سابسترات شیشه‌ای نازک رشد می‌کند. پس از این مرحله، با اعمال اکسیژن و گرما، اکسید گرافن تشکیل می‌شود.
روش های فیزیکی مانند اعمال پلاسما، لیزر و پخش بخار نیز به عنوان روش های دیگری برای سنتز اکسید گرافن استفاده می شوند. روش های ترکیبی شامل ترکیب دو روش شیمیایی و فیزیکی مانند اعمال پلاسما در حضور مواد شیمیایی نیز وجود دارد. به طور کلی، سنتز اکسید گرافن به دلیل پایین بودن هزینه و امکان سازگاری با فرآیندهای صنعتی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
پایدارسازی:
پایدارسازی نانوذرات اکسید گرافن می‌تواند به وسیله مواد پوشش دهنده، تابش الکترونی، افزودن یون‌های فلزی، افزودن پلیمرها و … صورت گیرد. به عنوان مثال، پوشش دهی اکسید گرافن با سیلیکا، تیتانیوم‌دی‌اکسید، و یا آلومینیوم اکسید می‌تواند باعث پایداری و افزایش خواص آن شود. همچنین، پوشش دادن با نانوذرات مس، نقره، طلا و یا دیگر فلزات نیز می‌تواند به عنوان یک روش پایدارسازی موثر عمل کند همچنین یکی از روش‌های پایدارسازی اکسید گرافن، کاشتن یون‌های نقره و یا مس بر روی سطح آن است که از طریق جذب الکتروستاتیکی با سطح آن واکنش می‌کنند و باعث افزایش پایداری و مقاومت به اکسیداسیون می‌شوند.