Ein umfassender Leitfaden zu den Unterschieden und Verwendungsmöglichkeiten von Graphitoxid und Graphenoxid

Erfahrene Graphitverarbeiter wissen, dass die Bezeichnungen Graphitoxid und Graphenoxid und Graphitoxid klingen ähnlich, sind aber grundverschieden. Man bestellt Graphenoxid und erhält stattdessen ein gelbes Pulver – optisch nicht von anderen Materialien zu unterscheiden, im Prüfbericht jedoch als GO (Good Oxide) geführt. Noch absurder ist, dass manche Fabriken die beiden Bezeichnungen synonym verwenden, Graphitoxid in Verträgen spezifizieren, aber Aufträge nach Graphenoxid-Standards annehmen, was zu endlosen Streitigkeiten führt. Heute klären wir diesen Unterschied, damit Sie bei Beschaffung, Produktion und Buchhaltung keine Verwirrung mehr stiften.

Ein einziger Satz, um den wesentlichen Unterschied zu verstehen.

Beginnen wir mit dem Kernpunkt: Graphitoxid ist ein „Stapel Papier“, während Graphenoxid Graphitoxid ist ein „einzelnes Blatt, das aus diesem Schichtstapel abgetrennt wird“. Es entsteht durch die Behandlung von Graphit mit starken Säuren und Oxidationsmitteln. Sein Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis liegt bei etwa 2,1 bis 2,9, wodurch die Schichtstruktur erhalten bleibt. Der Schichtabstand vergrößert sich jedoch von ursprünglich 0,335 Nanometern auf etwa 0,7 Nanometer. Die Schichten sind mit sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen wie Hydroxyl-, Epoxy- und Carboxylgruppen gefüllt. Es erscheint als gelbes oder braunes Pulver, das in mehreren Schichten übereinander angeordnet ist.

Graphenoxid hingegen wird hergestellt, indem man diesen Papierstapel in Wasser verteilt und ihn mittels Ultraschall oder starker Scherung in ein- oder mehrlagige dünne Schichten zerlegt. Jede Schicht ist etwa 1,1 Nanometer dick und beidseitig mit funktionellen Gruppen beschichtet, wodurch sie sich stabil in Wasser dispergieren lässt und eine kolloidale Lösung bildet. Graphitoxid ist somit im Wesentlichen ein Rohstoff, während Graphenoxid ein verarbeitetes Produkt ist; sie sind keine Alternativen, sondern vielmehr Vor- und Nachfolgeprodukte.

Wie werden sie hergestellt und worin bestehen die Unterschiede?

Es gibt drei Hauptverfahren zur Herstellung von Graphitoxid. Das Brodie-Verfahren, bei dem Kaliumchlorat und konzentrierte Salpetersäure verwendet werden, stammt aus dem Jahr 1859. Die Reaktion dauert jedoch 50–60 Stunden und erzeugt Chlorgas, was erhebliche Umweltrisiken birgt und es heute weitgehend überholt macht. Beim Staudenmaier-Verfahren wird konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt, was zu einer stärkeren Oxidation führt. Auch hier ist der Reaktionszyklus lang und es entstehen mehr giftige Gase. Typischerweise benötigt man über 56 Stunden, um die charakteristischen Graphitspitzen zu entfernen. Das derzeit gängigste Verfahren ist das Hummers-Verfahren mit konzentrierter Schwefelsäure und Kaliumpermanganat. Später wurde eine verbesserte Version entwickelt, die eine einstufige Reaktion bei mittlerer Temperatur ermöglicht. Dies führt zu einer schnelleren Reaktion, höheren Oxidationsgraden und weniger Produktfehlern.

Ein entscheidender Parameter muss jedoch genau überwacht werden: Die Temperatur bei der Zugabe von Kaliumpermanganat darf 65 Grad Celsius nicht überschreiten. Wird dieser Grenzwert überschritten, wird das Kohlenstoffgerüst direkt zerstört, was zu zahlreichen Defekten im anschließend reduzierten Graphen führt. Das ID/IG-Verhältnis steigt dabei auf über 0,75, wodurch das Material praktisch unbrauchbar wird. Auch die Zhengzhou Jingguo Graphite Co., Ltd. ist in den Markt für Graphitprodukte eingetreten. In der Produktion wählt das Unternehmen die Verfahren je nach Bedarf der nachgelagerten Produkte aus. Für Batteriematerialien wird tendenziell das Hummers-Verfahren modifiziert, während für Entsalzungsmembranen, die eine hohe Reinheit erfordern, mehrere Waschprozesse zur Entfernung von Manganionen eingesetzt werden.

Jedes Material erfüllt seine eigene Aufgabe und hat völlig unterschiedliche Anwendungsgebiete.

Diese beiden Materialien sind keine Ersatzstoffe; sie dienen jeweils unterschiedlichen Zwecken. Graphitoxid hat relativ traditionelle Anwendungen: als Depolarisator in Trockenbatterien, als Zusatz zu expandiertem Graphit zur Reduzierung von Rissen in dicken Produkten und zur Herstellung von Graphit-Zwischenschichtverbindungen. Seine größte Anwendung findet es jedoch in der Abwasserbehandlung. Die sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen auf den Graphitschichten weisen eine hohe Adsorptionskapazität für Schwermetallionen und organische Farbstoffe auf. Daten zeigen, dass aluminiumbasierte Graphitoxid-Komposite bis zu 400 mg/g Methylorange adsorbieren können – sogar mehr als Aktivkohle – und selbst in saurem Abwasser mit einem pH-Wert unter 2 eingesetzt werden können. Dies ist Bentonit und Aktivkohle nicht möglich.

Die Anwendungsmöglichkeiten von Graphenoxid sind vielfältig: In Verbundwerkstoffen kann die Zugabe zu Polymeren die mechanischen und elektrischen Eigenschaften verbessern; in Sensoren verändert seine große Oberfläche und einzigartige elektronische Struktur die Leitfähigkeit bei der Adsorption von Gasmolekülen; in Wasserstoffspeichermaterialien zeigen theoretische Berechnungen, dass eine einzelne Graphenschicht bis zu 717 % ihres Molekulargewichts adsorbieren kann; und es kann als transparente Elektrode anstelle von ITO sowie als Elektrode in Superkondensatoren eingesetzt werden. Die neueste Entwicklung aus dem Jahr 2026: Ein Team hat bereits Graphenoxidfilme hergestellt, die sich programmieren lassen und sich wie bewegliches Origami in verschiedene Formen falten lassen. Dies ebnet den Weg für flexible Roboter und intelligente Wearables.

So treffen Sie die richtige Wahl beim Kauf: Beachten Sie diese Punkte

Zum Schluss noch einige praktische Kauftipps. Achten Sie beim Kauf von Graphenoxid auf das Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis, das üblicherweise zwischen 2,1 und 2,9 liegt. Testen Sie außerdem die Dispergierbarkeit: Geben Sie eine kleine Menge in Wasser, rühren Sie um, und nur Graphenoxid, das ein gleichmäßiges, bräunlich-gelbes Kolloid bildet und sich beim Stehenlassen nicht schnell absetzt, gilt als geeignet. Neben dem Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis sollten Sie beim Kauf von Graphenoxid auch nach der Abziehbarkeit fragen. Nicht jedes Graphenoxid lässt sich in einzelne Schichten abziehen; Graphen mit einem zu niedrigen Oxidationsgrad lässt sich gar nicht abtrennen, und Schichten von nicht ausreichend getrocknetem Graphen verkleben miteinander, selbst bei intensiver Ultraschallbehandlung. Obwohl Graphenoxid selbst ein Isolator ist, ändert sich seine Leitfähigkeit aufgrund seiner Schichtstruktur. Dieser Parameter ist entscheidend für die Herstellung elektronischer Bauteile. Denken Sie daran: Graphenoxid ist der Rohstoff, Graphenoxid ist ein verarbeitetes Produkt. Das Verständnis dieser Wertschöpfungskette wird Ihnen helfen, die Beschaffung effektiver zu gestalten und Fallstricke in der Produktion zu vermeiden.