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1、氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用2014-12-9主要內(nèi)容背景介紹氧化石墨烯的分子結(jié)構(gòu)氧化石墨烯的制備方法氧化石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用一、背景介紹2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫成功地從石墨中分離出一層碳原子構(gòu)成的石墨烯，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯由于其突出的導(dǎo)熱性、室溫高速載流子遷移率、透光性和力學(xué)性能等，同時(shí)具有完美的量子隧道效應(yīng)、半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)、從不消失的電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)，受到了世界各界的廣泛關(guān)注，也成為科研
2、領(lǐng)域的新興寵兒。氧化石墨烯是石墨粉末經(jīng)化學(xué)氧化后的產(chǎn)物，它是一種性能優(yōu)異的新型碳材料，具有較高的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)。氧化石墨烯復(fù)合材料包括聚合物類復(fù)合材料以及無機(jī)物類復(fù)合材料更是具有廣泛的應(yīng)用前景，因?yàn)槌蔀檠芯康挠忠恢攸c(diǎn)。二、氧化石墨烯的分子結(jié)構(gòu)石墨被強(qiáng)氧化劑氧化，氧原子進(jìn)入到石墨層間，結(jié)合л電子，使層面內(nèi)的二鍵斷裂，并以C=O,C-OH,-COOH等官能團(tuán)與密實(shí)的碳網(wǎng)面中的碳原子結(jié)合，形成共價(jià)鍵型石墨層間化合物。三、氧化石墨烯的制備方法1、Brodie法1898年，Brodie采用發(fā)煙HN
3、O3體系，以KC103為氧化劑，反應(yīng)體系的溫度需先維持在0℃，然后，不斷攪拌反應(yīng)20-24h。洗滌后獲得的氧化石墨的氧化程度較低，需進(jìn)行多次氧化處理以提高氧化程度，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。該法的優(yōu)點(diǎn)是其氧化程度可利用氧化時(shí)間進(jìn)行控制，合成的氧化石墨結(jié)構(gòu)比較規(guī)整。但因采用KC103作氧化劑，有一定的危險(xiǎn)性。三、氧化石墨烯的制備方法2、Staudenmaier法采用濃H2S04體系，和發(fā)煙HN03混合酸對(duì)石墨粉處理，以KC103為氧化劑，反應(yīng)體系的溫度一直維持在0℃。氧化程度隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，可通過控制
4、反應(yīng)時(shí)間來控制石墨烯的最終氧化程度。一般氧化程度較低，需進(jìn)行多次氧化處理，GO碳層破壞嚴(yán)重。三、氧化石墨烯的制備方法3、Hummers法采用濃H2S04加NaN03體系，以KMnO4為氧化劑，傅玲等將反應(yīng)過程可分低溫((4℃以下)、中溫(35℃左右)和高溫((98℃以下)反應(yīng)三個(gè)階段。該法的優(yōu)點(diǎn)是用KMnO4;代替KC103，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，減少了有毒氣體的產(chǎn)生。同時(shí)該方法所需的氧化時(shí)間較短，產(chǎn)物的氧化程度較高，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)較規(guī)整且易于在水中發(fā)生溶脹而層離。三、氧化石墨烯的制備方法4、其他制備方法
5、MatsuoY采用電化學(xué)方法，將石墨投入強(qiáng)酸中，以Hg/HgSO4為電極，電解氧化后投入水中，干燥后得到氧化石墨烯。DanielaC.Marcano等以KMnO4和9:1(體積比)的H2SO4/H3PO4為氧化劑，采用不加入NaNO3的方法也制備出氧化石墨烯，該方法提高了氧化過程的有效性，所得產(chǎn)物親水性增強(qiáng)，反應(yīng)過程不產(chǎn)生有毒氣體，環(huán)境污染小，反應(yīng)溫度容易控制。ShenJianfeng等用過氧化苯甲酰為氧化劑，快速制備出氧化石墨烯，縮短了制備時(shí)間。四、氧化石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用1、分析檢測(cè)領(lǐng)域中國(guó)科學(xué)院
6、上海應(yīng)用物理研究所發(fā)現(xiàn)將氧化石墨烯應(yīng)用于PCR技術(shù)中，可顯著提高PCR的特異性、靈敏度和擴(kuò)增產(chǎn)量，并可消除擴(kuò)增中形成的引物二聚體，且優(yōu)化區(qū)間廣，可廣泛適用于各種濃度和復(fù)雜程度的DNA模板。與其他已應(yīng)用于PCR技術(shù)中的碳納米材料相比，氧化石墨烯對(duì)PCR的優(yōu)化具有更加優(yōu)異的綜合效果。除了蛋白質(zhì)、核酸、葡萄糖等生物分子的檢測(cè)，基于氧化石墨稀的傳感器亦可被用作燃料分子的催化分解以及TNT、Pb2+、Cd2+等有害化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)，為減少環(huán)境問題出一份力。曾延波等人構(gòu)筑了基于硼酸化氧化石墨烯的分子印跡電化學(xué)傳感
7、器，研究其對(duì)多巴胺分子的雙識(shí)別作用。分子印跡技術(shù)多巴胺多巴胺是一種神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)，可以用來幫助細(xì)胞傳送脈沖。其為擬腎上腺素藥，具有增加腎血流量、興奮心臟的功能，用于治療神經(jīng)紊亂、高血壓、支氣管哮喘、先天性心血性及感染性休克等疾病。建立快速、準(zhǔn)確、靈敏的分析方法測(cè)定多巴胺的濃度對(duì)于生理功能研究、疾病診斷以及臨床應(yīng)用等方面均有重要的意義。將分子印跡技術(shù)和硼酸化兩者相結(jié)合，在氧化石墨烯材料表面進(jìn)行硼酸類化合物的功能化，然后在此材料表面進(jìn)行分子印跡，從而制備基于硼酸化的氧化石墨烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料對(duì)多巴胺具
8、有分子印跡和硼酸化的雙識(shí)別效果，將此復(fù)合材料作為電化學(xué)傳感探針實(shí)現(xiàn)多巴胺的雙識(shí)別檢測(cè)，從而達(dá)到高選擇性、高靈敏度地測(cè)定多巴胺。四、氧化石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用2、改性聚合物材料除了電學(xué)性能優(yōu)異外,氧化石墨烯的拉伸模量(1.01TPa)和極限強(qiáng)度(116GPa)與單壁碳納米管(SWdCNT)相當(dāng),其質(zhì)量輕,導(dǎo)熱性好(~3000W/(m?K))，且比表面積大(2600m2/g)。與昂貴的富勒烯和碳納米管相比,氧化石墨烯價(jià)格低廉,原料易得,有望成為聚合物納米復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)填料。近
