Lyotropic Liquid Crystal Templated Synthesis of Single-Crystalline Gold Microplates and Transparent Conductive Reduced Graphene Oxide Thin Films

Abstract

Surfactants organize to form various mesophases of lyotropic liquid crystal (LLC) in the presence of water. In the literature, some acids, salts, and ionic liquids have also been used to form ordered LLC mesophases. In this thesis, two dimensional (2D) single-crystalline gold (Au) nano- and microplates and reduced graphene oxide (RGO) thin films have been synthesized using LLC mesophases. Stable LLC mesophases have been formed using 10-lauryl ether (C12EO10), an oligo-type surfactant, and sulfuric acid (H2SO4), a strong acid. Au plates with various anisotropic structures, such as triangular, truncated triangular, hexagonal, and gear-like, have been synthesized by a photochemical method in the presence of LLC mesophase. Most importantly, Au plates up to 39 µm in width have been obtained in the confined space of the LLC medium. The thickness of the obtained Au plates varies from 50 nm to 150 nm. The size and/or morphology of Au products synthesized in LLC medium depends on the power of the light source, the irradiation time, the amount of Au precursor added, the addition of different capping agents, and various inorganic salts. Additionally, spin-coated RGO thin films have been synthesized using the LLC mesophase for use as a transparent and conductive electrode in various electrochemical devices. The LLC mesophase has improved the sheet resistance values of RGO thin films. RGO thin films with a sheet resistance of 31 kΩ/sq and an optical transmittance of 92% at 550 nm have been achieved at the high thermal annealing temperature under an inert atmosphere.

Yüzey aktif maddeler, su varlığında liyotropik sıvı kristalin (LSK) çeşitli mezofazlarını oluşturmak üzere organize olurlar. Literatürde, bazı asitler, tuzlar ve iyonik sıvılar da düzenli LSK mezofazları oluşturmak için kullanılmıştır. Bu tezde, LSK mezofazları kullanılarak iki boyutlu (2D) tek kristalli altın (Au) nano- ve mikroplakalar ve indirgenmiş grafen oksit (RGO) ince filmler sentezlendi. Kararlı LSK mezofazları, oligo tipi bir yüzey aktif madde olan 10-lauril eter (C12EO10) ve güçlü bir asit olan sülfürik asit (H2SO4) kullanılarak oluşturuldu. Üçgen, kesik üçgen, altıgen ve dişli benzeri gibi çeşitli anizotropik yapılara sahip Au plakaları, LSK mezofazının varlığında fotokimyasal bir yöntemle sentezlenmiştir. En önemlisi, genişliği 39 µm'ye kadar olan Au plakaları, LSK ortamının sınırlı alanında elde edildi. Elde edilen Au plakalarının kalınlığı 50 nm ile 150 nm arasında değişmektedir. LSK ortamında sentezlenen Au ürünlerinin boyutu ve/veya morfolojisi, ışık kaynağının gücüne, ışınlama süresine, eklenen Au öncülünün miktarına, farklı kaplama ajanlarının ve çeşitli inorganik tuzların eklenmesine bağlıdır. Ayrıca, spin kaplamalı RGO ince filmler, çeşitli elektrokimyasal cihazlarda şeffaf ve iletken bir elektrot olarak kullanılmak üzere LSK mezofazı kullanılarak sentezlendi. LSK mezofazı, RGO ince filmlerin tabaka direnç değerlerini iyileştirmiştir. 31 kΩ/sq tabaka direncine ve 550 nm'de %92 optik geçirgenliğe sahip RGO ince filmleri, inert bir atmosfer altında yüksek ısıl tavlama sıcaklığında elde edilmiştir.