Zichtbaar licht Induced Vermindering van Grafeen Oxide behulp Plasmonische Nanodeeltje
Summary
Een eenvoudig protocol voor het bereiden van verminderde grafeen oxide met zichtbaar licht en plasmonische nanodeeltjes wordt beschreven.
Abstract
Huidige werk toont de eenvoudige, chemische gratis, snelle en energiezuinige methode om verminderd grafeen oxide (r-GO) oplossing te produceren bij KT met zichtbaar licht bestraling met plasmonische nanodeeltjes. De plasmonische nanodeeltjes wordt gebruikt om de vermindering van de doeltreffendheid van GO verbeteren. Klaar 30 minuten bij kamertemperatuur door het verlichten van de oplossingen Xe-lamp, kan de R-GO oplossingen worden verkregen door het volledig verwijderen van gouden nanodeeltjes door eenvoudige centrifugeringsstap. De bolvormige gouden nanodeeltjes (AuNPs) in vergelijking met de andere nanostructuren het meest geschikt plasmonische nanostructuur van r-GA preparaat. De verminderde grafeen oxide bereid met zichtbaar licht en AuNPs was even kwalitatief als chemisch verminderd grafeen oxide, die werd gesteund door verschillende analytische technieken zoals UV-Vis spectroscopie, Raman spectroscopie, poeder XRD en XPS. De verminderde grafeen oxide bereid met zichtbaar licht toont uitstekende blussen eigenschappen over de fluorescent moleculen gewijzigd op ssDNA en een uitstekende fluorescentie herstel voor doel DNA detectie. De r-GO bereid door gerecycled AuNPs gevonden van dezelfde kwaliteit met die van chemisch verminderde r-GO te zijn. Het gebruik van zichtbaar licht met plasmonische nanodeeltjes demonstreert de goede alternatieve methode voor r-GO synthese.
Introduction
De eerste ontwikkelde scotch-tape gebaseerde methode 1 en chemische dampafzetting 2 waren uitstekend methoden om de oorspronkelijke toestand van een grafeen te produceren, maar de grootschalige grafeen synthese of grafeen laagvorming op het oppervlak met zeer ruime werden beschouwd als een belangrijke beperking previous werkwijzen. 3 Een mogelijke oplossing voor grootschalige r-GO synthese zal nat-chemische synthesemethode die vereist eerst de reacties met sterke oxidatiemiddelen, uitgebreide fysische behandeling, zoals sonicatie produceren GO vel en tenslotte de reductie van zuurstof functionaliteiten zodanig zijn zoals hydroxy, epoxide en carbonylgroepen in GO is essentieel om de oorspronkelijke fysische eigenschappen te herstellen. 4 Meestal werd de reductie van GO uitgevoerd met hetzij chemische methode met hydrazine of derivaten 5 of thermische behandelingsmethode (550-1,100 ° C) in een inerte of reducerende atmosfeer. 6
jove_content "> Deze processen vereisen de giftige chemische stoffen, lange reactietijd en de hoge temperatuur die de totale energievraag voor r-GO synthese verhoogd. 7 Terwijl de foto-bestralen reductie processen zoals UV-straling, 8 foto-thermisch proces met behulp van een gepulste xenon flash, 9 gepulste laser geassisteerde 10 en fotothermische verwarming camera flitslichten 11 zijn ook gemeld voor de bereiding van r-GO. Over het algemeen de lage conversie-efficiëntie van de foto-geïnduceerde methoden gepropageerd het gebruik van UV of gepulseerde laserstraling die hoge foton energie kan leveren. De lage foton energie van zichtbaar licht beperkt het gebruik en niet aangetrokken veel voor r-GO synthese. Uitstekende lichtabsorptie-eigenschappen van plasmon nanodeeltjes in het zichtbare en / of NIR gebieden kan sterk verbeteren van de huidige nadelen het gebruik van zichtbaar licht voor r-GO synthese. 12,13 milde reactieomstandigheden, korte reactietijd en beperkt gebruik van giftige chemicals kon het zichtbare licht geïnduceerde plasmon bijgestaan fotokatalytische reductie van GO als een bruikbare alternatieve methode te maken.In de huidige werkwijze beschrijven we de efficiënte en eenvoudige r-GO synthesemethode gebruikt plasmon nanodeeltjes en zichtbaar licht. De reactievoortgang werd gevonden sterk afhankelijk van de structuren van plasmonische nanodeeltjes zoals bolvormige goud nanodeeltjes (AuNPs), goud nanorods (AuNRs) en goud nanostars (AuNSs). Het gebruik van AuNPs bleek de meest efficiënte reductie van GO en nanodeeltjes zijn gemakkelijk te verwijderen en te recyclen voor herhaald gebruik (figuur 1). De r-GO gesynthetiseerd via zichtbaar licht en AuNPs toonde nagenoeg gelijke kwaliteit vergeleken met de r-GO bereid door bekende chemische methode (hydrazine) zoals aangetoond door toepassing van verschillende analytische metingen en de fluorescentiedoving / recovery gebaseerde DNA detectiemethode.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zichtbaar licht bestraling op GO oplossing gedurende 30 min met gouden nanodeeltjes (AuNPs, AuNSs & AuNRs) toonde de snelle kleurverandering van lichtgeel-bruine tot zwarte kleur (figuur 1). Om zeer zuiver r-GO product in hoge opbrengst te verkrijgen, zijn er twee belangrijke factoren moet volgen. Een daarvan is het gebruik van AuNPs als efficiënte plasmonische katalysator, aangezien AuNPs sterk absorberen het zichtbare licht onder andere structuren (bijv AuNRs, AuNSs). Een andere is het g…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Research Foundation Korea (2013R1A1A1061387) en KU-KIST onderzoeksfonds.
Materials
| Cy3 modifeid ssDNA | IDT(Iowa, USA) | HPLC purified by IDT | |
| Gold nanoparticles (30 nm) | Ted Pella, Inc(Redding, CA, USA). | 15706-20 | colloidal solution |
| 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethane sulfonic acid (HEPES) (99.5%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7365-45-9 | |
| Gold(III)Chloride Hydrate (99.999%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 27988-77-8 | strongly hygroscopic |
| Sodium Borohydride (99.99%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 16940-66-2 | |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide (≥99%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 57-09-0 | |
| L-Ascorbic Acid(≥99.0%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 50-81-7 | |
| Sodium Chloride (99.5%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7647-14-5 | |
| Silver Nitrate (≥99.0%) | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7761-88-8 | |
| Graphite | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7782-42-5 | |
| Sulfuric acid | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7664-93-9 | |
| Phophoric acid | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7664-38-2 | |
| Potassium permanganate | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 7722-64-7 | |
| Hydrogen peroxide | JUNSEI | 23150-0350 | |
| Ammonium hydroxide | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) | 1336-21-6 | |
| Xe-lamp | Cermax, Waltham, USA | ||
| NIR Laser | Class-IV, Sanctity Laser, Shanghai, China | 6W (output power) | |
| UV-Vis spectrophotometer | S-3100, SINCO, South Korea | ||
| Transmission Electron Microscopy | H-7650, Hitachi, Japan | ||
| Spectro Fluorometer | Jasco FP-6500, Tokyo, Japan | ||
| X-ray Photoelectron Spectrometer | AXIS–NOVA, KRATOS Inc., UK |
References
- Novoselov, K. S., et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666-669 (2004).
- Obraztsov, A. N. Chemical Vapour Deposition Making Graphene on a Large Scale. Nat Nanotechnol. 4 (4), 212-213 (2009).
- Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R., Kang, Y. S. Synthesis of Graphene and Its Applications A Review. Crit Rev Solid State Mater Sci. 35 (1), 52-71 (2010).
- Zhou, Y., et al. Microstructuring of Graphene Oxide Nanosheets Using Direct Laser Writing. Adv Mater. 22 (1), 67-71 (2010).
- Stankovich, S., et al. Graphene Based Composite Materials. Nature. 442 (7100), 282-286 (2006).
- Becerril, H. A., et al. Evaluation of Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Conductors. ACS Nano. 2 (3), 463-470 (2008).
- Wang, X., Zhi, L., Müllen, K. Transparent Conductive Graphene Electrodes for Dye Sensitized Solar Cells. Nano Lett. 8 (1), 323-327 (2007).
- Sungjin, P., Ruoff, R. S. Chemical Methods for the Production of Graphenes. Nat Nanotechnol. 4 (4), 217-224 (2009).
- Akhavan, O., Ghaderi, E. Photocatalytic Reduction of Graphene Oxide Nanosheets on TiO2 Thin Film for Photoinactivation of Bacteria in Solar Light Irradiation. J Phys Chem C. 113 (47), 20214-20220 (2009).
- Huang, L., et al. Pulsed Laser Assisted Reduction of Graphene Oxide. Carbon. 49 (7), 2431-2436 (2011).
- Cote, L. J., Cruz-Silva, R., Huang, J. Flash Reduction and Patterning of Graphite Oxide and Its Polymer. Composite. J. Am. Chem. Soc. 131 (31), 11027-11032 (2009).
- Wu, T., et al. Surface plasmon resonance-induced visible light photocatalytic reduction of graphene oxide: Using Ag nanoparticles as a plasmonic photocatalyst. Nanoscale. 3 (5), 2142-2144 (2011).
- Kumar, D., Kaur, S., Lim, D. K., et al. Plasmon-assisted and visible-light induced graphene oxide reduction and efficient fluorescence quenching. Chem. Commun. 50 (88), 13481-13484 (2014).
- Gilje, S., et al. Photothermal Deoxygenation of Graphene Oxide for Patterning and Distributed Ignition Applications. Adv. Mater. 22 (3), 419-423 (2010).
- Cote, L. J., Kim, F., Huang, J. Langmuir−Blodgett Assembly of Graphite Oxide Single Layers. J. Am. Chem. Soc. 131 (3), 1043-1049 (2008).
- Ming, T., et al. Experimental Evidence of Plasmophores: Plasmon-Directed Polarized Emission from Gold Nanorod–Fluorophore Hybrid Nanostructures. Nano Lett. 11 (6), 2296-2303 (2011).
- Xie, J., Lee, J. Y., Seedless Wang, D. I. C. Surfactantless, High-Yield Synthesis of Branched Gold Nanocrystals in HEPES Buffer Solution. Chem. Mater. 19 (11), 2823-2830 (2007).
- Ferrari, A. C., Robertson, J. Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamond like carbon. Phys. Rev. B. 64 (7), 075414-1-075414-13 (2000).
- Tian, J., et al. One–pot green hydrothermal synthesis of CuO–Cu2O–Cu nanorod–decorated reduced graphene oxide composites and their application in photocurrent generation. Catal. Sci. Technol. 2 (11), 2227-2230 (2012).
- Liu, S., Tian, J., Wang, L., Sun, X. A method for the production of reduced graphene oxide using benzylamine as a reducing and stabilizing agent and its subsequent decoration with Ag nanoparticles for enzymeless hydrogen peroxide detection. CARBON. 49 (10), 3158-3164 (2011).
- Tian, J., et al. Environmentally Friendly, One–Pot Synthesis of Ag Nanoparticle Decorated Reduced Graphene Oxide Composites and Their Application to Photocurrent Generation. Inorg. Chem. 51 (8), 4742-4746 (2012).
- Tian, J., et al. Three–Dimensional Porous Supramolecular Architecture from Ultrathin gC3N4 Nanosheets and Reduced Graphene Oxide: Solution Self-Assembly Construction and Application as a Highly Efficient Metal–Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2), 1011-1017 (2014).
- Liu, S., et al. Stable Aqueous Dispersion of Graphene Nanosheets: Noncovalent Functionalization by a Polymeric Reducing Agent and Their Subsequent Decoration with Ag Nanoparticles for Enzymeless Hydrogen Peroxide Detection. Macromolecules. 43 (23), 10078-10083 (2010).
- Li, H., et al. Photocatalytic synthesis of highly dispersed Pd nanoparticles on reduced graphene oxide and their application in methanol electro–oxidation. Catal. Sci. Technol. 2 (6), 1153-1156 (2012).
