Видимый свет Индуцированные Снижение графеновых оксида Использование наночастиц Плазмонное
Summary
Простой протокол для приготовления восстановленного оксида графена с использованием видимого света и плазмонных наночастиц описан.
Abstract
Данная работа демонстрирует простой, химической бесплатно, быстро и энергоэффективное способ получения восстановленного оксида графена (г-GO) решение при комнатной температуре с использованием видимого излучения света с плазмонных наночастиц. Плазмонного наночастиц используется для повышения эффективности снижения ГО. Это займет всего 30 минут при комнатной температуре при освещении решения с Xe-лампы, R-GO решения могут быть получены путем полного удаления наночастицы золота с помощью простого стадии центрифугирования. Сферические золотые наночастицы (AuNPs) по сравнению с другими наноструктур является наиболее подходящим плазмонное наноструктуры для г-GO подготовки. Восстановленный оксид графена получены с использованием видимого света и AuNPs в равной степени как качественные, химически восстановленный оксид графена которая была поддержана различными аналитическими методами, такими как UV-VIS-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, порошковой XRD и XPS. Восстановленный оксид графена подготовлен с видимым светом показывает отличные свойства тушения над фтораМолекулы escent изменение одноцепочечной ДНК и отличным восстановления флуоресценции для обнаружения ДНК мишени. R-GO подготовлен переработанных AuNPs оказывается того же качества, что с химически уменьшенной г-GO. Использование видимого света с плазмонного наночастицы демонстрирует хорошую альтернативный метод для синтеза р-GO.
Introduction
Первый разработан скотч-ленты на основе метода 1 и химического осаждения паров 2 были отличные способы получения первозданной состояние графена, но крупномасштабного синтеза графена или графен образование слоя на поверхности с широким области были рассматриваться в качестве ключевого ограничения предыдущие методы. 3 Одним из возможных решений для крупномасштабного синтеза R-GO будет мокрым химического синтеза, которые необходимо в первую очередь реакции с сильными окислителями, обширной физической обработки, таких как обработка ультразвуком, чтобы произвести GO лист, и, наконец, уменьшение кислорода функции, такие а гидрокси, эпоксида и карбонильные группы в ГО необходимо для того, чтобы восстановить свои первоначальные физические свойства. 4 В основном, сокращение ГО проводилась с каждой химическим способом с использованием гидразина или его производных 5 или методом термической обработки (550-1,100 ° С) в инертной атмосфере или восстановительной. 6
jove_content "> Эти процессы требуют токсичных химических веществ, долгое время реакции и высокую температуру, которая повышенную общую потребность в энергии для синтеза р-GO. 7 Хотя фото-облучения восстановительные процессы, такие как УФ-индуцированного, 8 фото-теплового процесса с использованием импульсного ксенон вспышка, 9 импульсный лазер помощь 10 и фото-тепловой обогрев с камеры фонариков 11 также сообщалось для подготовки R-GO. В целом, низкая эффективность преобразования из фотоиндуцированному методов распространяется на использование УФ или импульсный лазерное облучение, которые могут доставить высокой энергии фотонов. Низкая энергия фотона видимого света ограничивает его использование и не привлекают много для синтеза р-GO. Отличные свойства поглощения света плазмонных наночастиц в видимом и / или NIR регионах может значительно улучшить текущие недостатки использования видимого света для синтеза R-GO. 12,13 мягких условиях реакции, малое время реакции и ограниченное использование токсичных CHemicals может сделать видимого света, индуцированный плазмонов при содействии фотокаталитический сокращение ГО в качестве полезного альтернативного метода.В настоящем способе, мы опишем эффективную и простую г-GO синтетический метод, используя плазмонных наночастиц и видимый свет. Протекание реакции было установлено, что сильно зависит от структуры плазмонных наночастиц такие как сферические наночастицы золота (AuNPs), золото (наностержнями AuNRs) и золота (nanostars AuNSs). Использование AuNPs показали наиболее эффективное снижение ГО и наночастицы легко снимаются и переработке для повторного использования (Рисунок 1). R-GO синтезированы с использованием видимого света и AuNPs показали почти равное качество по сравнению с R-GO получены известным химическим способом (гидразина), о чем свидетельствует использование различных аналитических измерений и на основе тушение флуоресценции / восстановления способа обнаружения ДНК.
Protocol
Representative Results
Discussion
Видимый свет облучения на GO решения в течение 30 мин с наночастицами золота (AuNPs, AuNSs & AuNRs) показали быстрые изменения цвета от светло-жёлто-коричневого до черного цвета (рис 1). Для получения высокой чистоты R-GO продукт с высоким выходом, есть два важных фактора должны следовать. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи (2013R1A1A1061387) и научно-исследовательской фонда КУ-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).
