制造氧化石墨納米材料

隨著材料領(lǐng)域的擴(kuò)張，人們對(duì)于材料的功能性需求更為嚴(yán)苛，迫切需要在交通運(yùn)輸、建筑材料、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域應(yīng)用性質(zhì)更加優(yōu)良的材料出現(xiàn)，石墨烯以?xún)?yōu)異的聲、光、熱、電、力等性質(zhì)成為各新型材料領(lǐng)域追求的目標(biāo)，作為前驅(qū)體的GO以其靈活的物理化學(xué)性質(zhì)、可規(guī)?；苽涞奶攸c(diǎn)更成為應(yīng)用基礎(chǔ)研究的熱電。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用以及π-π作用等強(qiáng)相互作用力，使GO之間很容易在不同體系中發(fā)生團(tuán)聚，其在納米尺度上表現(xiàn)的優(yōu)異性能隨著GO片層的聚集***的降低直至消失，極大地阻礙了GO的進(jìn)一步應(yīng)用。氧化石墨能夠應(yīng)用在交通運(yùn)輸、建筑材料、能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域。制造氧化石墨納米材料

RGO制備簡(jiǎn)單、自身具有受還原程度調(diào)控的帶隙，可以實(shí)現(xiàn)超寬譜（從可見(jiàn)至太赫茲波段）探測(cè)。氧化石墨烯的還原程度對(duì)探測(cè)性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測(cè)器的響應(yīng)率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎(chǔ)上，研究者開(kāi)始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類(lèi)似結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器。對(duì)于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應(yīng)的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線(xiàn)陣列上，而后通過(guò)熱處理對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行熱還原，制得了硅納米線(xiàn)陣列(SiNW)-RGO異質(zhì)結(jié)的室溫超寬譜光探測(cè)器。該探測(cè)器在室溫下，***實(shí)現(xiàn)了從可見(jiàn)光(532nm)到太赫茲波(2.52THz，118.8mm)的超寬譜光探測(cè)。在所有波段中，探測(cè)器對(duì)10.6mm的長(zhǎng)波紅外具有比較高的光響應(yīng)率可達(dá)9mA/W。烏蘭察布開(kāi)發(fā)氧化石墨氧化石墨是由牛津大學(xué)的化學(xué)家本杰明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法制得。

利用化學(xué)交聯(lián)和物理手段調(diào)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(guò)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(dá)到6600-7200L/（m2.h.MPa），大約是傳統(tǒng)納濾膜水通量的100倍，對(duì)于染料的截留率達(dá)到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽濾GO分散液制備微米級(jí)厚度層狀GO薄膜的滲透作用。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)表明，GO膜在干燥狀態(tài)下是真空壓實(shí)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由擴(kuò)散高出數(shù)千倍，且這種行為是由納米毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)引起的。異?？焖贊B透歸因于毛細(xì)管樣高壓作用于石墨烯毛細(xì)管內(nèi)部的離子。GO薄膜的這一特性在膜分離領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

GO作為新型的二維結(jié)構(gòu)的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結(jié)構(gòu)，特殊的結(jié)構(gòu)決定其優(yōu)異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機(jī)制：（1）機(jī)械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應(yīng)激引發(fā)的細(xì)菌/膜物質(zhì)破壞；（3）包覆導(dǎo)致的跨膜運(yùn)輸阻滯和（或）細(xì)菌生長(zhǎng)阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細(xì)菌膜表面的殺菌機(jī)制中，主要是GO與起始分子反應(yīng)（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發(fā)的磷脂過(guò)氧化，GO片層結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發(fā)的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機(jī)制中對(duì)***的影響也是不同的，機(jī)械破壞和磷脂分子抽提理論表明尺寸越大的GO，能表現(xiàn)出更好的***能力，而氧化應(yīng)激理論則認(rèn)為GO尺寸越小，其***效果越好。掃描隧道顯微鏡照片表明，在氧化石墨中氧原子排列為矩形。

由于GO表面具有較高的親和力，蛋白質(zhì)可以吸附在GO表面，因此在生物液體中可以通過(guò)蛋白質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)GO與細(xì)胞膜的相互作用。如，血液中存在著大量的血清蛋白，可能會(huì)潛在的影響GO的毒性。Ge與其合作者[16]利用電子顯微鏡技術(shù)就觀(guān)察到牛血清蛋白可以降低GO對(duì)細(xì)胞膜的滲透性，抑制了GO對(duì)細(xì)胞膜的破壞，同時(shí)降低了GO的細(xì)胞毒性?；诜肿觿?dòng)力學(xué)研究分析，他們推斷可能是由于GO-蛋白質(zhì)之間的作用削弱了GO-磷脂之間的相互作用。與此同時(shí)，GO對(duì)人血清蛋白的影響也被其他科研工作者所發(fā)現(xiàn)，特別是他們觀(guān)察到了GO可以抑制人血清蛋白與膽紅素之間的作用。因此，GO與血清蛋白之間是相互影響的。氧化石墨是一種碳、氧數(shù)量之比介于2.1到2.9之間黃色固體，并仍然保留石墨的層狀結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。進(jìn)口氧化石墨改性

氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結(jié)構(gòu)，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。制造氧化石墨納米材料

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(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾即可從溶液中去除。Tang等47對(duì)Fe與GO（質(zhì)量比為1：7.5）復(fù)合及Fe與Mn（摩爾比為3∶1）復(fù)合的氧化石墨烯/鐵-錳復(fù)合材料（GO/Fe-Mn）進(jìn)行了吸附研究，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)表明，氧化石墨烯對(duì)Hg2+的吸附機(jī)理主要是配體交換作用，其比較大吸附量達(dá)到32.9mg/g。Hg2+可在水環(huán)境中形成Hg(OH)2，與鐵錳氧化物中的活性點(diǎn)位（如-OH）發(fā)生配體交換作用，從而將Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/鐵-錳復(fù)合材料上，達(dá)到去除水環(huán)境中Hg2+的目的。氧化石墨烯經(jīng)一定功能化處理后可發(fā)揮更大的性能優(yōu)勢(shì)，例如大比表面積、高敏感度和高選擇性等，這些特性對(duì)于氧化石墨烯作為吸附劑吸附水環(huán)境中的金屬離子有著重要的作用。制造氧化石墨納米材料