工業化和城市化導致天然地表水體中的有毒化學品排放,其中包括酚類、油污、***、農藥和腐植酸等有機物,這些污染物在制藥,石化,染料,農藥等行業的廢水中***檢測到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物,如光催化,吸附和電解54-57。在這些方法中,由于吸附技術低成本,高效率和易于操作,遠遠優于其他技術。與傳統的膜材料不同,GO作為碳質材料與有機分子的相互作用機理差異很大。新的界面作用可在GO膜內引入獨特的傳輸機制,導致更有效地從水中去除有機污染物。石墨烯和GO對有機物的吸附機理的研究表明,疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價鍵和靜電相互作用會影響石墨烯和GO對有機物的吸附能力。氧化石...
石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結,如硅[64][65][66],鍺[67],氧化鋅[68],硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中,石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高(AM1.5)的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器(SGPD),獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應,它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法(CVD)生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應,其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號,常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。松散的氧化石墨分散在堿性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子...
GO的載藥作用也可促進間充質干細胞的成骨分化。如用攜帶正電荷NH3+的GO(GO-NH3+)和攜帶負電荷COOH-的GO(GOCOOH-)交替層疊使其**外層為GO-COOH-,以這種GO作為載體,攜帶骨形態發生蛋白-2(BMP-2)和P物質(SP)附著到鈦(Ti)種植體上,結果以Ti為基底,表面覆蓋GO-COOH-,攜帶BMP-2和SP(Ti/GO-/SP/BMP-2)種植體周圍的新骨生成量要明顯多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。這證明GO可以同時攜帶BMP-2和SP到達局部并緩慢釋放,增加局部BMP-2和SP的有效劑量且發揮生物活性作用[89,90]...
氧化石墨烯(GO)是一種兩親性材料,在生理條件中一般帶有負電荷,通過對GO的修飾可以改變電荷的大小,甚至使其帶上正電荷,如利用聚合物或樹枝狀大分子等聚陽離子試劑。在細胞中,GO可能會與疏水性的、帶正電荷或帶負電荷的物質進行相互作用,如細胞膜、蛋白質和核酸等,因此會誘導GO產生毒性。因此在本節中,我們主要探討GO在細胞(即體外)和體內試驗中產生已知的毒性效應,以及產生毒性的可能原因。石墨烯材料的結構特點主要由三個參數決定:(a)層數、(b)橫向尺寸和(c)化學組成即碳氧比例)。氧化石墨正式名稱為石墨氧化物或被稱為石墨酸,是一種由物質量之比不定的碳、氫、氧元素構成的化合物。關于氧化石墨增強氧化石墨...
工業化和城市化導致天然地表水體中的有毒化學品排放,其中包括酚類、油污、***、農藥和腐植酸等有機物,這些污染物在制藥,石化,染料,農藥等行業的廢水中***檢測到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物,如光催化,吸附和電解54-57。在這些方法中,由于吸附技術低成本,高效率和易于操作,遠遠優于其他技術。與傳統的膜材料不同,GO作為碳質材料與有機分子的相互作用機理差異很大。新的界面作用可在GO膜內引入獨特的傳輸機制,導致更有效地從水中去除有機污染物。石墨烯和GO對有機物的吸附機理的研究表明,疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價鍵和靜電相互作用會影響石墨烯和GO對有機物的吸附能力。氧化石...
光學材料的某些非線性性質是實現高性能集成光子器件的關鍵。光子芯片的許多重要功能,如全光開關,信號再生,超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性,并且易于加工各種功能性微納結構的材料是眾多的光學科研工作者的夢想,也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明,重度功能化的具有較大SP3區域的GO材料在高激發強度下可以出現飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52],這種效應歸因于在SP3結構域的光子中存在較大的帶隙。相反,在具有較小帶隙的SP2域中的*出現單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發下具有飽和吸收[52],而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收,高能量下則具有...
氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子,可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應,生成不溶于水的絡合物,從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料(EDTA-GO),通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應,即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物,具體過程如圖8.7所示,由于形成的絡合物不溶于水,可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關。常州常規氧化石墨氧化石墨烯基納濾膜水通量遠遠大于傳統的納濾膜,但是氧化石墨烯納濾膜對鹽離子的截留率還...
GO的載藥作用也可促進間充質干細胞的成骨分化。如用攜帶正電荷NH3+的GO(GO-NH3+)和攜帶負電荷COOH-的GO(GOCOOH-)交替層疊使其**外層為GO-COOH-,以這種GO作為載體,攜帶骨形態發生蛋白-2(BMP-2)和P物質(SP)附著到鈦(Ti)種植體上,結果以Ti為基底,表面覆蓋GO-COOH-,攜帶BMP-2和SP(Ti/GO-/SP/BMP-2)種植體周圍的新骨生成量要明顯多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。這證明GO可以同時攜帶BMP-2和SP到達局部并緩慢釋放,增加局部BMP-2和SP的有效劑量且發揮生物活性作用[89,90]...
石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結,如硅[64][65][66],鍺[67],氧化鋅[68],硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中,石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高(AM1.5)的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器(SGPD),獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應,它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法(CVD)生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應,其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號,常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。通過調控氧化石墨烯的結構,降低氧化程度,降低難分解的芳香...
Su等人28利用氫碘酸和抗壞血酸對PET基底上的多層氧化石墨烯薄膜進行化學還原,得到30nm厚的RGO薄膜,并測試了其滲透性能。實驗發現,對He原子和水分子完全不能透過。而厚度超過100nm的RGO薄膜對幾乎所有氣體、液體和腐蝕性化學試劑(如HF)是高度不可滲透的。特殊的阻隔性能歸因于石墨烯層壓板的高度石墨化和在還原過程中幾乎沒有結構損壞。與此結果相反,Liu等人29已經證明了通過HI蒸氣和水輔助分層制備**式超薄rGO膜的簡便且可重復的方法,利用rGO膜的毛細管力和疏水性,通過水實現**終的分層。采用真空抽濾在微孔濾膜基底上制備厚度低至20nm的**式rGO薄膜。通過調控氧化石墨烯的結構,降...
GO/RGO在光纖傳感領域會有越來越多的應用,其基本的原理是利用石墨烯及氧化石墨烯的淬滅特性、分子吸附特性以及對金屬納米結構的惰性保護作用等,通過吸收光纖芯層穿透的倏逝波改變光纖折射率或者基于表面等離子體共振(SPR)效應影響折射率。GO/RGO可以在光纖的側面、端面對光進行吸收或者反射,而為了增加光與GO/RGO層的相互作用,采用了不同光纖幾何彎曲形狀,如直型、U型、錐型和雙錐型等。有鉑納米顆粒修飾比沒有鉑納米顆粒修飾的氧化石墨烯薄膜光纖傳感器靈敏度高三倍,為多種氣體的檢測提供了一個理想的平臺。氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子。河北制備氧化石墨當前社會的快速發展造成了嚴...
氧化石墨烯(GO)與石墨烯的另一個區別是在吸收紫外/可見光后會發出熒光。通常可以在可見光波段觀測到兩個峰值,一個在藍光段(400-500nm),另一個在紅光段(600-700nm)。關于氧化石墨烯發射熒光的機理,學界仍有爭論。此外,氧化石墨烯的熒光發射會隨著還原的進行逐漸變化,在輕度化學還原過程中觀察到GO光致發光光譜發生紅移,這一發現與其他人觀察到的發生藍移的現象相矛盾。這從另一個方面說明了氧化石墨烯結構的復雜性和性質的多樣性。石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標。制備氧化石墨技術GO作為新型的二維結構的納米材料,具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構,特殊的結構決...
多層氧化石墨烯(GO)膜在不同pH水平下去除水中有機物質的系統性能評價和機理研究。該研究采用逐層組裝法制備了PAH/GO雙層膜,對典型單價離子(Na+,Cl-)和多價離子(SO42-,Mg2+)以及有機染料(亞甲藍MB,羅丹明R-WT)和藥物和個人護理品(三氯生TCS,三氯二苯脲TCC)在反滲透膜系統中通過GO膜的行為進行研究。結果發現,在pH=7時,無論其電荷、尺寸或疏水性質如何,GO膜能夠高效去除多價陽離子/陰離子和有機物,但對于單價離子的去除率較低。傳統的納濾膜通常帶負電,且只能去除帶有負電荷的多價離子和有機物。隨著pH的變化,GO膜的關鍵性質(例如電荷,層間距)發生***變化,導致不同...
在光通信領域,徐等人開發了飛秒氧化石墨烯鎖模摻鉺光纖激光器,與基于石墨烯的可飽和吸收體相比,具有性能有所提升,并且具有易于制造的優點[95],這是GO/RGO在與光纖結合應用**早的報道之一。在傳感領域,Sridevi等提出了一種基于腐蝕布拉格光柵光纖(FBG)外加GO涂層的高靈敏、高精度生化傳感器,該方法在檢測刀豆球蛋白A中進行了試驗[96]。為了探索光纖技術和GO特性結合的優點,文獻[97]介紹了不同的GO涂層在光纖樣品上應用的特點,還分析了在傾斜布拉格光柵光纖FBG(TFBG)表面增加GO涂層對折射率(RI)變化的影響,論證了這種構型對新傳感器的發展的適用性。圖9.14給出了歸一化的折射...
由于較低的毒性和良好的生物相容性,石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質,或者經過熒光染料分子標記之后,可用于體外細胞與***光學成像[63-66],使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗(anti-CD20)與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20,然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h,培養液中納米GO-PEG的濃度...
(1)將GO作為熒光共振能量轉移的受體,構建熒光共振能量轉移型氧化石墨烯生物傳感器,用于檢測各種生物分子。(2)可以將一些抗體鍵合在GO表面,構建成抗體型氧化石墨烯傳感器,通常是將GO作為熒光共振能量轉移或化學發光共振能量轉移的受體,以此來檢測抗原物質;或者利用GO比表面積較大能結合更多抗體的特點,將檢測信號進行進一步放大。(3)構建多肽型氧化石墨烯傳感器。因為GO是一種邊緣含有親水基團(-COOH,-OH及其他含氧基團)而基底具有高疏水性的兩性物質,當多肽與GO孵育時,多肽的芳環和其他疏水性殘基與GO的疏水性基底堆積,同時二者部分殘基之間也會存在靜電作用,這樣多肽組裝在GO上形成了多肽型氧化...
配體交換作用即:氧化石墨烯上原有的配位體被溶液中的金屬離子所取代,并以配位鍵的形式生成不溶于水的配合物,**終通過簡單的過濾即可從溶液中去除。Tang等47對Fe與GO(質量比為1:7.5)復合及Fe與Mn(摩爾比為3∶1)復合的氧化石墨烯/鐵-錳復合材料(GO/Fe-Mn)進行了吸附研究,通過一系列的實驗表明,氧化石墨烯對Hg2+的吸附機理主要是配體交換作用,其比較大吸附量達到32.9mg/g。Hg2+可在水環境中形成Hg(OH)2,與鐵錳氧化物中的活性點位(如-OH)發生配體交換作用,從而將Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/鐵-錳復合材料上,達到去除水環境中Hg2+的目的。氧化石墨烯經一定功...
氧化石墨烯(GO)的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體,在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數(~2.3%);相比之下,氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級(~0.3%)[9][10]。而且,氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數,其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近,隨著波長向近紅外一端移動,吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收(200-320nm)會表現出明顯的π-π*和n-π*躍遷,而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯(GO)的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除,氧化石墨烯(GO)在可見光波段的的光吸收率迅速上升,**終達到2.3%這一...
盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光,但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身,正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知,石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光,同樣的,在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光,如染料分子、共軛聚合物、量子點等,而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率,研究表明,熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物。氧化石墨生產企業配...
TO具有光致親水特性,可保證高的水流速率,在沒有外部流體靜壓的情況下,與GO/TO情況相比,通過RGO/TO雜化膜的離子滲透率可降低至0.5%,而使用同位素標記技術測量的水滲透率可保持在原來的60%,如圖8.5(d-g)所示。RGO/TO雜化膜優異的脫鹽性能,表明TO對GO的光致還原作用有助于離子的有效排斥,而在紫外光照射下光誘導TO的親水轉化是保留優異的水滲透性的主要原因。這種復合薄膜制備方法簡單,在水凈化領域具有很好的潛在應用。。與石墨烯量子點類似,氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。綠色氧化石墨粉體所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同,因此導致所合成出來的GO片的...
GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力,因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種:(1)共價鍵修飾,由于GO表面豐富的含氧官能團(羥基、羧基、環氧基),可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化,改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等;(2)非共價鍵修飾[22-24],GO片層內碳原子共同形成一個大的π鍵,能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合,不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分結...
GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力,因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種:(1)共價鍵修飾,由于GO表面豐富的含氧官能團(羥基、羧基、環氧基),可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化,改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等;(2)非共價鍵修飾[22-24],GO片層內碳原子共同形成一個大的π鍵,能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合,不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分結...
所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同,因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度(含氧量)、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性,還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性,甚至結論相互矛盾[2-9]。此外,GO可能與毒性測試中的試劑相互作用,從而影響細胞活性試驗數據的有效性,使其產生假陽性結果。如:Macosko與其合作者[10]的研究發現,在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽(MTT)試劑與GO作用,GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中,當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此,基于MTT法試驗未能體現出GO的細...
利用化學交聯和物理手段調控氧化石墨烯基膜片上的褶皺和片層間的距離是制備石墨烯基納濾膜的主要手段。由于氧化石墨烯片層間隙距離小,Jin等24利用真空過濾法在石墨烯片層間加入單壁碳納米管(SWCNT),氧化石墨烯片層間的距離明顯增加,水通量可達到6600-7200L/(m2.h.MPa),大約是傳統納濾膜水通量的100倍,對于染料的截留率達到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽濾GO分散液制備微米級厚度層狀GO薄膜的滲透作用。通過一系列實驗表明,GO膜在干燥狀態下是真空壓實的,但作為分子篩浸入水中后,能夠阻擋所有水合半徑大于0.45nm的離子,半徑小于0.45nm的離子滲透速率比自...
在氧化石墨烯的納米孔道中,分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域,水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵,從而增加了水流動阻力,而在雜化碳區域水流阻力很小。芳香碳網中形成的大多數通路被含氧官能團有效阻擋,從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質12,13。相比于其他納米材料,GO為快速水輸送提供了較多優越性能,如光滑無摩擦的表面,超薄的厚度和超高的機械強度,所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術,已經成功地應用到水處理的各個領域,引起越來越多的企業家和科學家的關注8-11。GO薄膜在海水淡化領域的應用主要是去除海水中的鹽離子,探究GO薄膜的離子傳質行為具有更為...
盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光,但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身,正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知,石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光,同樣的,在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光,如染料分子、共軛聚合物、量子點等,而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率,研究表明,熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標。單層氧化石...
多層氧化石墨烯(GO)膜在不同pH水平下去除水中有機物質的系統性能評價和機理研究。該研究采用逐層組裝法制備了PAH/GO雙層膜,對典型單價離子(Na+,Cl-)和多價離子(SO42-,Mg2+)以及有機染料(亞甲藍MB,羅丹明R-WT)和藥物和個人護理品(三氯生TCS,三氯二苯脲TCC)在反滲透膜系統中通過GO膜的行為進行研究。結果發現,在pH=7時,無論其電荷、尺寸或疏水性質如何,GO膜能夠高效去除多價陽離子/陰離子和有機物,但對于單價離子的去除率較低。傳統的納濾膜通常帶負電,且只能去除帶有負電荷的多價離子和有機物。隨著pH的變化,GO膜的關鍵性質(例如電荷,層間距)發生***變化,導致不同...
氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用,其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性,在還原為還原氧化石墨烯的過程中,不同的還原程度又具備了不同的性質,從結構方面而言,是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在,使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要,克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點,也正是這些官能團的存在,使其便于實現功能化修飾,為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。氧化石墨可以通過用強氧化劑來處理石墨來制備。常州進口氧化...
所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同,因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度(含氧量)、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性,還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性,甚至結論相互矛盾[2-9]。此外,GO可能與毒性測試中的試劑相互作用,從而影響細胞活性試驗數據的有效性,使其產生假陽性結果。如:Macosko與其合作者[10]的研究發現,在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽(MTT)試劑與GO作用,GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中,當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此,基于MTT法試驗未能體現出GO的細...
石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結,如硅[64][65][66],鍺[67],氧化鋅[68],硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中,石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高(AM1.5)的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器(SGPD),獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應,它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法(CVD)生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應,其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號,常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。氧化石墨的親水性好,易于分散到水泥基復合材料中。附近氧化...