Sichtbares Licht induzierte Reduktion von Graphenoxid Mit Plasmonische Nanopartikel
Summary
Ein einfaches Protokoll zur Herstellung von reduzierten Graphenoxids Verwendung von sichtbarem Licht und plasmonic Nanopartikel beschrieben.
Abstract
Vorliegende Arbeit zeigt die einfachen, chemischen kostenlos, schnell und energieeffiziente Methode, um reduzierte Graphenoxid (r-GO) Lösung bei RT produzieren mit Bestrahlung mit sichtbarem Licht mit Plasmonen Nanopartikel. Die Plasmonen Nanopartikel verwendet, um die Reduktionseffizienz von GO zu verbessern. Es dauert nur 30 min bei RT durch Beleuchten der Lösungen mit Xe-Lampe, kann der R-GO-Lösungen von Goldnanopartikeln vollständigen Entfernung durch einfache Zentrifugation Schritt erhalten werden. Die kugelförmigen Goldnanopartikel (AuNPs) im Vergleich zu den anderen Nanostrukturen ist die geeignetste plasmonic Nanostruktur für r-GO Zubereitung. Mit sichtbarem Licht die reduzierte Graphenoxid vorbereitet und AuNPs war ebenso qualitative als chemisch reduzierte Graphenoxid, die durch verschiedene analytische Verfahren, wie UV-Vis-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Pulver-XRD und XPS unterstützt wurde. Die reduzierte Graphenoxid mit sichtbarem Licht bereit zeigt hervorragende Löscheigenschaften über die Fluorzier Moleküle auf ssDNA und ausgezeichnete Fluoreszenz Recovery für Ziel-DNA-Detektion modifiziert. Die r-GO durch Recycling AuNPs hergestellt wird festgestellt, dass der gleiche Qualität mit der des chemisch reduziert r-GO können. Die Verwendung von sichtbarem Licht mit plasmonic Nanopartikel zeigt die gute Alternative Verfahren zur r-GO-Synthese.
Introduction
Das erste entwickelte Scotch-Tape-basierte Methode 1 und chemische Gasphasenabscheidung 2 waren ausgezeichnet Methoden, um den ursprünglichen Zustand eines Graphen zu erzeugen, aber der Groß Graphen-Synthese oder Graphenschicht Bildung auf der Oberfläche mit großen Bereich haben als Schlüssel Begrenzung angesehen früheren Verfahren. 3 Eine mögliche Lösung für große R-GO Synthese naßchemischen synthetischen Verfahren, erfordert zunächst die Reaktionen mit starken Oxidationsmitteln, umfangreiche physikalische Behandlung wie Beschallung herzustellen GO Bogen und schließlich die Reduktion von Sauerstoff Funktionalitäten wie sein Hydroxy, Epoxid und Carbonylgruppen in GO ist wesentlich, um in seinen ursprünglichen physikalischen Eigenschaften zu gewinnen. 4 Teilweise wird die Reduktion von GO wurde entweder mit chemischen Verfahren unter Verwendung von Hydrazin oder seine Derivate 5 oder durch Wärmebehandlungsverfahren 550-1,100 ° durchgeführt ( C) in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre. 6
jove_content "> Diese Verfahren erfordern die giftigen Chemikalien, lange Reaktionszeit und hoher Temperatur, die Gesamtenergiebedarf für die r-GO Synthese erhöht. 7 Während die Foto-Bestrahlung Reduktionsverfahren, wie beispielsweise UV-induzierte, 8 photothermischen Verfahren unter Verwendung eines Xenon-Impuls Flash, 9 gepulsten Laser unterstützte 10 und photothermische Heizung mit Blitzlampen 11 sind auch für die Herstellung von gemeldet r-GO. Im Allgemeinen ist die geringe Effizienz der Umwandlung der photoinduzierten Verfahren auf die Verwendung von UV oder gepulste propagiert Laserbestrahlung, die hohe Photonenenergie liefern kann. Der geringe Energie von sichtbarem Licht Photonen schränkt seine Verwendung und nicht angezogen viel für r-GO-Synthese. Hervorragende Lichtabsorptionseigenschaften plasmonischer Nanopartikel im sichtbaren und / oder NIR-Bereich können die aktuellen Nachteile erheblich verbessern der Verwendung von sichtbarem Licht für r-GO-Synthese. 12,13 milden Reaktionsbedingungen kurze Reaktionszeit und begrenzter Verwendung toxischer chemicals könnte das sichtbare Licht induzierten Plasmonen-unterstützte photokatalytische Reduktion von GO als eine nützliche Alternative Methode zu machen.Im vorliegenden Verfahren beschreiben wir die effiziente und einfache r-GO Syntheseverfahren unter Verwendung von Plasmonen Nanopartikeln und sichtbares Licht. Der Reaktionsfortschritt wurde wie sphärische Gold-Nanopartikel (AuNPs), Gold-Nanostäbchen (AuNRs) und Gold nanostars (AuNSs) als stark abhängig von den Strukturen der Plasmonen Nanopartikel sein. Der Einsatz von AuNPs zeigten die wirksamste Verringerung der GO und die Nanopartikel leicht entfernbare und wiederverwertbare für den wiederholten Gebrauch (Abbildung 1). Die r-go mit sichtbarem Licht synthetisiert und AuNPs zeigten fast gleichen Qualität im Vergleich mit dem R-GO durch bekannte chemische Verfahren (Hydrazin), wie durch die Verwendung von verschiedenen analytischen Messungen und der Fluoreszenzlöschung / Recovery-basierte DNA-Nachweisverfahren nachgewiesen vorbereitet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bestrahlung mit sichtbarem Licht auf GO Lösung für 30 min mit Gold-Nanopartikeln (AuNPs, AuNSs & AuNRs) zeigte den schnellen Farbumschlag von hellgelb-braune bis schwarze Farbe (Abbildung 1). Um hochreines r-GO Produkt in hoher Ausbeute zu erhalten, gibt es zwei wichtige Faktoren zu folgen. Eine davon ist die Verwendung von AuNPs als effiziente plasmonic Katalysators, da AuNPs können stark das sichtbare Licht unter anderen Strukturen (dh AuNRs, AuNSs) absorbieren. Ein weiteres ist die Ve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Research Foundation of Korea (2013R1A1A1061387) und KU-KIST Forschungsfonds unterstützt.
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).
