Synligt ljus Induced Minskning av grafenoxid Använda plasmoniska nanopartiklar
Summary
Ett enkelt protokoll för framställning av reducerat grafen oxid med användning av synligt ljus och plasmoniska nanopartikel beskrivs.
Abstract
Föreliggande arbete visar den enkla, kemiska fria, snabb och energieffektiv metod för att framställa reducerat grafen oxid (r-GO) -lösning vid RT med användning av synligt ljus bestrålning med plasmoniska nanopartiklar. Den plasmoniska nanopartiklar används för att förbättra reduktionseffektiviteten av GO. Det tar bara 30 minuter vid RT genom att belysa de lösningar med Xe-lampa, kan r-GO lösningar erhållas genom att helt ta bort guldnanopartiklar genom en enkel centrifugeringssteg. De sfäriska guldnanopartiklar (AuNPs) jämfört med de andra nanostrukturer är den mest lämpliga plasmoniska nanostruktur för r-GO beredning. Den minskade grafenoxid ställdes med användning av synligt ljus och AuNPs var lika kvalitativ som kemiskt reducerade grafenoxid, som stöddes av olika analysmetoder såsom UV-Vis-spektroskopi, Raman-spektroskopi, pulver XRD och XPS. Den minskade grafenoxid framställd med synligt ljus visar utmärkta släckegenskaper över fluorescent molekyler modifieras på ssDNA och utmärkt fluorescens återhämtning för mål-DNA upptäckt. R-GO ställas genom återvunna AuNPs befinns vara av samma kvalitet med den hos kemiskt reducerade r-GO. Användningen av synligt ljus med plasmoniska nanopartikel demonstrerar bra alternativ metod för r-GO-syntes.
Introduction
Den första utvecklade scotch-tape baserad metod 1 och kemisk ångavsättning 2 var utmärkta metoder för att producera den orörda tillståndet hos en grafen, men den storskaliga grafen syntes eller grafenlager bildas på ytan med stort område har ansetts som en viktig begränsning av tidigare metoder. 3 En av möjlig lösning för storskalig r-GO syntes blir våt-kemiska syntesmetod som först kräver reaktionerna med starka oxidanter, omfattande fysisk behandling såsom sonikering att producera GO blad, och slutligen minska syre funktioner sådana såsom hydroxi, epoxid och karbonylgrupper i GO är nödvändig för att återfå sina ursprungliga fysiska egenskaper. 4 Mestadels var reduktionen av GO utförs med antingen kemisk metod med användning av hydrazin eller dess derivat 5 eller genom värmebehandling metod (550-1,100 ° C) i en inert eller reducerande atmosfär. 6
jove_content "> Dessa processer kräver giftiga kemikalier, lång reaktionstid och hög temperatur som ökade det totala energibehovet för r-GO syntes. 7 Medan foto bestrålning reduktionsprocesser, såsom UV-inducerad, 8 foto termisk process med hjälp av en pulsad xenon flash, 9 pulsad laser assisterad 10 och foto termisk uppvärmning med kamerablixtar 11 har också rapporterats för framställning av r-GO. I allmänhet låg omvandlingseffektivitet av fotoinducerade metoder vidare till användning av UV- eller pulsad laserbestrålning som kan leverera hög fotonenergi. Den låga foton energi synligt ljus begränsar dess användning och inte lockat mycket för r-GO syntes. Utmärkta ljusabsorberande egenskaper plasmoniska nanopartiklar i det synliga och / eller NIR regionerna kan avsevärt förbättra de nuvarande nackdelarna av användningen av synligt ljus för r-GO-syntes. 12,13 Milda reaktionsbetingelser, kort reaktionstid och begränsad användning av giftigt lmemicals skulle kunna göra det synliga ljuset inducerade plasmon assisterad fotokatalytisk reduktion av GO som ett användbart alternativ metod.I föreliggande metod, beskriver vi en effektiv och enkel re-GO syntetisk metod med användning plasmoniska nanopartiklar och synligt ljus. Reaktions framsteg visade sig vara starkt beroende av strukturerna för plasmoniska nanopartiklar såsom sfäriska guldnanopartiklar (AuNPs), guld nanostavar (AuNRs), och guld nanostars (AuNSs). Användningen av AuNPs visade den mest effektiva minskningen av GO och nanopartiklarna är lätta att avlägsna och återvinna för upprepad användning (fig 1). R-GO syntetiseras med användning av synligt ljus och AuNPs visade nästan samma kvalitet jämfört med r-GO ställas genom välkända kemiska metoden (hydrazin) vilket framgår av användning av olika analys mätningar och fluorescensutsläckning / återhämtning baserad DNA detektionsmetod.
Protocol
Representative Results
Discussion
Synligt ljus bestrålning på GO-lösning under 30 min med guldnanopartiklar (AuNPs, AuNSs & AuNRs) uppvisade den snabba ändrar färg från ljust gulbrun till svart färg (figur 1). För att erhålla högren r-GO produkt i högt utbyte, det finns två viktiga faktorer måste följa. En är användningen av AuNPs som ett effektivt plasmoniska katalysator, eftersom AuNPs starkt kan absorbera synligt ljus bland andra strukturer (dvs AuNRs, AuNSs). Ett annat är användningen av nanostorlek GO…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Research Foundation of Korea (2013R1A1A1061387) och KU-KIST forskningsfond.
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 |
Riferimenti
- 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).
