プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減
Summary
可視光とプラズモンナノ粒子を用いて還元酸化グラフェンを製造するための簡単な手順が記載されています。
Abstract
本研究は、プラズモニックナノ粒子で可視光照射を用いてRTで還元酸化グラフェン（R-GO）溶液を生成するための簡単な、無農薬、速く、エネルギー効率的な方法を示しています。プラズモンナノ粒子は、GOの還元効率を向上させるために使用されます。それだけXeランプを有する溶液を照射することにより、室温で30分を要し、R-GO溶液は完全に単純な遠心分離工程を経て金ナノ粒子を除去することにより得ることができます。他のナノ構造と比較して、球状の金ナノ粒子（AuNPs）は、R-GO準備に最適なプラズモニックナノ構造です。縮小グラフェン酸化物は、可視光を用いて調製し、AuNPsは、紫外 – 可視分光法、ラマン分光法、粉末XRD及びXPSのような様々な分析技術によってサポートされた化学的に還元グラフェン酸化物としても同様に定性的でした。可視光を用いて調製減少グラフェン酸化物は、フッ素にわたって優れた焼入れ性を示しますescent分子は、一本鎖DNAとターゲットDNA検出のための優れた蛍光回復に変更されました。 R-GOリサイクルAuNPsによって調製は、化学的に低減R-GOのそれと同じ品質であることが見出されています。プラズモニックナノ粒子の可視光の使用は、r-GO合成のための優れた代替方法を示しています。
Introduction
最初に開発スコッチテープベースの方法1及び化学気相堆積2は、グラフェンの自然のままの状態を生成するための優れた方法であったが、広い面積を有する表面上の大規模なグラフェンの合成またはグラフェン層の形成はの主要な制限であると見なされてきました以前の方法。大規模なR-GO合成のための可能な解決策の3つが最初に強力な酸化剤との反応を必要とする湿式化学合成法となり、このようなシートをGO生成する超音波処理、及びそのような酸素官能基の最終的削減など広範囲の物理的処理GOのようなヒドロキシ基、エポキシド基とカルボニル基、元の物理的特性を回復するために必要不可欠である。4ほとんど、GOの減少は、化学ヒドラジンを用いる方法、またはその誘導体5のいずれかで、または熱処理方法（550-1,100度行いました不活性または還元性雰囲気中のC）。6
jove_content ">これらのプロセスは、有毒化学物質、R-GO合成のための総エネルギー需要が増加し、長い反応時間および高い温度を必要とする。7このようなUV誘発、8光熱プロセスとしてフォト照射還元プロセスは、パルスキセノンを使用している間フラッシュ、9パルスレーザは、カメラフラッシュライトで10及び光熱加熱アシスト11はまた 、R-GOの調製のために報告されている。UVまたはパルスの使用に伝播光誘導方法の一般的に、低い変換効率可視光および/または近赤外の領域におけるプラズモニックナノ粒子の高い光子エネルギーを提供することができ、レーザー照射。可視光の低い光子エネルギーは、その使用を制限し、R-GOの合成のための多くを魅了していない。優れた光吸収特性を大幅に現在の欠点を改善することができますR-GO合成の可視光の使用。12,13温和な反応条件、短い反応時間および毒性CHの限定使用emicalsは有用な代替方法として、GOの光触媒還元を支援し、可視光誘起されるプラズモンを作ることができます。本発明の方法では、プラズモニックナノ粒子と可視光を使用して、効率的でシンプルなR-GOの合成方法について説明します。反応の進行は、球状の金ナノ粒子（AuNPs）、金ナノロッド（AuNRs）、金nanostars（AuNSs）としてプラズモンナノ粒子の構造に強く依存することが見出されました。 AuNPsの使用は、GOの最も効率的な減少を示し、ナノ粒子は、繰り返し使用する（ 図1）のために容易に除去され、リサイクルされています。 rは、GO可視光を使用して合成し、AuNPsのと比較してほぼ同等の品質を示したR-GO種々の分析測定と蛍光消光/回復基づくDNA検出法を使用することによって実証されるように、周知の化学的方法（ヒドラジン）により調製。
Protocol
前駆体の調製酸化グラフェン（GO）の調製変更されたハマーの方法14を使用して準備をGO 濃H 2の混合物にグラファイトフレークを3.0g加えるSO 3 PO 4 / H 4（360：40 ml）を室温で。 （注：特別な注意は、強酸、H 2 SO 4、H 3 PO 4を使用しながら、注意しなければなりません。） ゆっくり攪拌しながらのKMnO 4（18.0</sub…
Representative Results
図1は、r-GOの還元反応をベースと可視光とプラズモニックナノ粒子の全体的なスキームを示す。 図2は、反応のための楽器のセットアップを示します。反応後は、 図3Aに示すように使用される光触媒（AuNSs、AuNRs、またはAuNPs）を除去するために遠心分離工程を必要とされます。 HRTEM分析は、UV可視分析でRから約500〜800 nmの図3C、吸収帯に示す?…
Discussion
金ナノ粒子（AuNPs、AuNSs＆AuNRs）との30分間のGOソリューションへの可視光照射は、光黄褐色から黒色（ 図1）への急速な色の変化を示しました。高収率で高純度のR-GOの製品を得るために、2つの重要な要因があるに従う必要があります。 AuNPsが強く、他の構造（ すなわち 、AuNRs、AuNSs）の間で、可視光を吸収することができるので、一つは、効率的なプラズモニック触媒とし…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、韓国国立研究財団（2013R1A1A1061387）とKU-KISTの研究資金によってサポートされていました。
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
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Cite This Article
Kumar, D., Lee, A., Kaur, S., Lim, D. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. J. Vis. Exp. (103), e53108, doi:10.3791/53108 (2015).