Synligt lys induceret Reduktion af Graphene Oxide Brug plasmoniske Nanopartikel
Summary
En enkel protokol til fremstilling af reducerede graphene oxid hjælp synligt lys og plasmoniske nanopartikel beskrives.
Abstract
Foreliggende arbejde viser den enkle, kemisk fri, hurtig og energieffektiv metode til at producere reduceret graphene oxid (r-GO) opløsning ved stuetemperatur under anvendelse af synligt lys bestråling med plasmoniske nanopartikler. Den plasmoniske nanopartikel bruges til at forbedre reduktionen effektivitet GO. Det tager kun 30 minutter ved stuetemperatur ved at belyse opløsningerne med Xe-lampe, kan R-GO løsninger opnås ved helt at fjerne guld nanopartikler ved simpel centrifugeringstrin. De sfæriske guld nanopartikler (AuNPs) sammenlignet med de andre nanostrukturer er den mest velegnede plasmoniske nanostruktur for r-GO forberedelse. Den reducerede graphene oxid fremstillet under anvendelse af synligt lys og AuNPs var lige så kvalitativt som kemisk reduceret graphene oxid, som blev støttet af forskellige analytiske teknikker såsom UV-Vis spektroskopi, Raman spektroskopi, pulver XRD og XPS. Den reducerede graphene oxid forberedt med synligt lys viser fremragende quenching egenskaber over fluorescent molekyler ændret ssDNA og fremragende fluorescens opsving for mål-DNA påvisning. R-GO fremstilles ved genvundne AuNPs findes at være af samme kvalitet med den af kemisk reduceret r-GO. Anvendelsen af synligt lys med plasmoniske nanopartikel viser godt alternativ metode til r-GO syntese.
Introduction
Den første udviklede Scotch-tape metode 1 og kemisk dampaflejring 2 var fremragende metoder til at producere den uberørte tilstand af en graphene, men i stor skala graphene syntese eller graphene lagdannelse på overfladen med bredt område er blevet betragtet som en vigtig begrænsning af tidligere fremgangsmåder. 3 En af mulig løsning til store r-GO syntese vil være våd-kemiske syntesemetode som først kræver reaktionerne med stærke oxidationsmidler, omfattende fysisk behandling såsom sonikering at producere GO ark, og endelig reduktionen af oxygen funktionaliteter sådanne som hydroxy, epoxid og carbonylgrupper i GO er afgørende for at genvinde sin oprindelige fysiske egenskaber. 4 meste blev reduktionen af GO udføres med enten kemisk metode under anvendelse af hydrazin eller dets derivater 5 eller ved termisk behandlingsmetode (550-1,100 ° C) i et inert eller reducerende atmosfære. 6
jove_content "> Disse processer kræver de giftige kemikalier, lange reaktionstid og høj temperatur, som øgede den samlede energibehov for r-GO-syntese. 7. Mens foto-bestråling af reduktion processer såsom UV-induceret, 8 foto-termisk proces ved hjælp af en pulserende xenon flash, 9 pulserende laser assisteret 10 og foto-termisk opvarmning med kamera flash lys 11 er også blevet rapporteret for udarbejdelsen af r-GO. Generelt er den lave virkningsgrad på foto-inducerede metoder udbredes til brugen af UV eller pulserende laser bestråling, der kan levere høj fotonenergi. Den lave fotonenergi af synligt lys begrænser dets anvendelse og ikke tiltrukket meget for r-GO-syntese. Fremragende lys absorption egenskaber af plasmoniske nanopartikler i de synlige og / eller NIR-regioner kan i høj grad forbedre de nuværende ulemper af anvendelsen af synligt lys for r-GO-syntese. 12,13 milde reaktionsbetingelser, kort reaktionstid og begrænset anvendelse af giftige lmemicals kunne gøre det synlige lys inducerede plasmon bistået fotokatalytisk reduktion af GO som en nyttig alternativ metode.I foreliggende fremgangsmåde beskriver vi en effektiv og enkel r-GO syntesemetode ved anvendelse plasmoniske nanopartikler og synligt lys. Reaktionsforløbet blev fundet at være stærkt afhængig af strukturerne af plasmoniske nanopartikler såsom sfæriske guld nanopartikler (AuNPs), guld nanorods (AuNRs), og guld nanostars (AuNSs). Anvendelsen af AuNPs viste den mest effektive reduktion af GO og nanopartiklerne er let aftagelige og genanvendelige til gentagen brug (figur 1). R-GO syntetiseres under anvendelse af synligt lys og AuNPs viste næsten lige kvalitet sammenlignet med r-GO fremstilles ved velkendte kemiske metode (hydrazin) som påvist ved anvendelse af forskellige analytiske målinger og fluorescens quenching / nyttiggørelse baseret DNA påvisningsmetode.
Protocol
Representative Results
Discussion
Synligt lys bestråling på GO opløsning i 30 minutter med guld nanopartikler (AuNPs, AuNSs & AuNRs) viste de hurtige farveændringer fra lysegul-brun til sort farve (figur 1). For at opnå meget rent R-GO produkt i højt udbytte, er der to vigtige faktorer skal følge. Den ene er anvendelsen af AuNPs som en effektiv katalysator plasmoniske, da AuNPs kraftigt kan absorbere synligt lys blandt andre strukturer (dvs., AuNRs, AuNSs). En anden er anvendelsen af nanostørrelse GO opløsnin…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af Grundforskningsfonden Korea (2013R1A1A1061387) og 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).
