הפחתה מושרה באור הנראה של גראפן אוקסיד שימוש Plasmonic Nanoparticle
Summary
פרוטוקול פשוט להכנת תחמוצת גרפן המופחתת באמצעות אור נראה וננו-חלקיקים plasmonic מתואר.
Abstract
עבודה הנוכחית מדגימה את השיטה הפשוטה ו, ללא כימיקלים, מהירה, חסכונית באנרגיה כדי לייצר תחמוצת גרפן מופחת (r-GO) פתרון בRT באמצעות הקרנת אור הנראה עם חלקיקי plasmonic. ננו-חלקיקי plasmonic משמש כדי לשפר את יעילות ההפחתה של GO. זה לוקח רק 30 דקות ב RT-ידי הארת הפתרונות עם Xe-מנורה, ניתן להשיג את פתרונות R-GO על ידי הסרת חלקיקי זהב לחלוטין באמצעות צעד צנטריפוגה פשוט. חלקיקים כדורי הזהב (AuNPs) בהשוואה לננו האחר הוא ננו-מבנה plasmonic המתאים ביותר להכנת R-GO. תחמוצת גרפן המופחתת מוכנה באמצעות אור נראה וAuNPs היה באותה מידה איכותית כמו מופחת תחמוצת גרפן, שנתמכה על ידי טכניקות אנליטיות שונות, כגון ספקטרוסקופיה UV-Vis, ספקטרוסקופיית ראמאן, XRD האבקה וXPS כימי. תחמוצת גרפן המופחתת מוכנה עם אור הנראה מראה מאפייני מרווה מצוינים על פלואורידמולקולות escent שונה על ssDNA והתאוששות הקרינה מצוינת לגילוי ה- DNA היעד. R-Go שהוכן על ידי AuNPs הממוחזר יימצא של אותה איכות עם זה של R-GO המופחת כימי. השימוש באור הנראה עם ננו-חלקיקי plasmonic מדגים את השיטה החלופית טובה לסינתזת r-GO.
Introduction
מבוסס הוויסקי-הקלטת הראשונה שפותחה שיטת 1 והאדים כימיים בתצהיר 2 היו שיטות מצוינות לייצר המצב הבתולי של גרפן, אבל היווצרות שכבת סינתזת גרפן בקנה מידה הגדולה או גרפן על פני השטח עם שטח רחב כבר נחשב למגבלה העיקרית של שיטות קודמות. 3 אחד פתרון אפשרי לסינתזת r-GO בקנה מידה גדולה תהיה שיטה רטובה-כימית סינתטית אשר דורשת ראשונה עם תגובות חמצון חזק, טיפול פיזי נרחב כגון sonication לייצר GO גיליון, ולבסוף הירידה של פונקציות כגון חמצן כהידרוקסי, epoxide וקבוצות קרבוניל בGO הוא חיוני כדי לשחזר התכונות הפיסיקליות המקוריות שלה. 4 בעיקר, הירידה של GO בוצעה בשתי שיטות כימיות באמצעות הידרזין או נגזרותיו 5 או בשיטת טיפול תרמית (550-1,100 ° ג) באווירת אינרטי או הפחתה. 6
jove_content "> תהליכים אלה דורשים כימיקלים הרעילים, זמן רב תגובה וטמפרטורה גבוהה שהגדיל את הביקוש לאנרגיה הכולל לסינתזת r-GO. 7 בעוד תהליכי הפחתת הקרנה-תמונה כגון מושרה UV, תהליך 8 צילום תרמי באמצעות קסנון פעמו הבזק, 9 לייזר סייע 10 וצילום תרמי חימום עם אורות פלאש מצלמה 11 דווחו גם כן להכנת R-GO פעם. באופן כללי, יעילות ההמרה הנמוכה של השיטות מושרה תמונה מופצת לשימוש בUV או פעם הקרנת לייזר שיכול לספק אנרגיית פוטון גבוהה. אנרגיית הפוטון הנמוכה של אור הנראה מגבילה את השימוש ולא שלה משך הרבה לסינתזת r-GO. מאפייני קליטת אור מצוין של חלקיקי plasmonic באזורים הגלויים ו / או ניר יכול לשפר את החסרונות הנוכחיים מאוד של השימוש באור הנראה לסינתזת r-GO. 12,13 תנאי תגובה מתון, זמן תגובה קצר ושימוש מוגבל של פרק רעילemicals יכול לעשות plasmon האור הנראה נגרם סייע הפחתת photocatalytic של GO כשיטת חלופית שימושית.בהווה שיטה, אנו מתארים את השיטה סינתטית r-GO היעילה ופשוטה באמצעות חלקיקי plasmonic ואור הנראה. התקדמות התגובה נמצאה תלוי מאוד על המבנים של חלקיקי plasmonic כגון חלקיקים כדוריים זהב (AuNPs), nanorods זהב (AuNRs), וnanostars זהב (AuNSs). השימוש בAuNPs הראה ההפחתה היעילה ביותר של GO והחלקיקים נשלף בקלות וניתן למחזור לשימוש החוזר (איור 1). R-GO מסונתז באמצעות אור נראה וAuNPs הראה איכות כמעט שווה לעומת r-GO שהוכן על ידי שיטה ידועה כימית (הידרזין) כפי שהודגם על ידי שימוש במדידות אנליטיות שונות ושיטת זיהוי דנ"א מרווה / התאוששות הקרינה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הקרנת אור הנראה על פתרון GO למשך 30 דקות עם חלקיקי זהב (AuNPs, AuNSs & AuNRs) הראתה מהיר שינויי צבע מצהוב-חום בהיר לצבע שחור (איור 1). כדי להשיג מוצר r-GO הטהור ביותר בתשואה גבוהה, ישנם שני גורמים חשובים צריכים לבצע. אחת מהן הוא השימוש בAuNPs כזרז plasmonic יעיל, מאז AuNPs מאוד יכול ל…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר הלאומית של קוריאה (2013R1A1A1061387) וקרן מחקר KU-KIST.
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).
