Synlig lys indusert reduksjon i Graphene Oxide Bruke Plasmonic Nanopartikkel
Summary
En enkel protokoll for fremstilling av reduserte graphene oksyd ved hjelp av synlig lys, og plasmonic nanopartikler er beskrevet.
Abstract
Nåværende arbeid demonstrerer enkel, kjemisk fri, rask og energieffektiv måte å produsere redusert graphene oksid (r-GO) løsning ved romtemperatur ved hjelp av synlig lys bestråling med Plasmonic nanopartikler. Den nanopartikkel plasmonic brukes til å forbedre reduksjonseffektiviteten av GO. Det tar bare 30 minutter ved romtemperatur ved å belyse de løsninger med Xe-lampe, kan r-GO-løsninger oppnås ved å fjerne gull nanopartikler ved enkel sentrifugeringstrinn. De sfæriske gull nanopartikler (AuNPs) sammenlignet med de andre nanostrukturer er den mest passende plasmonic nanostrukturen for r-GO forberedelse. Den reduserte graphene oksyd fremstilt ved anvendelse av synlig lys og AuNPs var like kvalitative så kjemisk redusert graphene oksyd, som ble støttet ved forskjellige analytiske teknikker slik som UV-vis spektroskopi, Raman-spektroskopi, pulver røntgendiffraksjon og XPS. Den reduserte graphene oksid forberedt med synlig lys viser gode slukkeegenskaper over fluorescent molekyler endret ssDNA og utmerket fluorescensgjenvinning for target DNA deteksjon. R-go utarbeidet av resirkulerte AuNPs er funnet å være av samme kvalitet med at kjemisk redusert r-GO. Bruken av synlig lys med plasmonic nanopartikkel viser godt alternativ metode for r-GO-syntese.
Introduction
Den første utviklet scotch-tape basert metode 1 og kjemisk damp deponering para var gode metoder for å produsere den uberørte tilstanden til en graphene, men stor skala graphene syntese eller graphene beleggdannelse på overflaten med stort område har vært ansett som en viktig begrensning av tidligere metoder. 3. En av mulige løsninger for storskala r-GO-syntese vil bli våt-kjemisk syntesemetode som først krever reaksjonene med sterke oksidasjonsmidler, omfattende fysisk behandling så som sonikering for å produsere GO ark, og endelig reduksjon av oksygen funksjonaliteter slike som hydroksy, epoksyd og karbonylgrupper i GO er nødvendig for å gjenopprette de opprinnelige fysikalske egenskaper. For det meste 4, ble reduksjonen av GO utført med enten kjemisk metode ved bruk av hydrazin eller dets derivater 5 eller ved termisk behandling metode (550-1,100 ° C) i en inert eller reduserende atmosfære. 6
jove_content "> Disse prosessene krever giftige kjemikalier, lang reaksjonstid og høy temperatur som økte det totale energibehovet for r-GO syntese. 7 Mens foto bestråle reduksjon prosesser som UV-indusert, 8 bilder termiske prosessen med en pulset xenon flash, 9 pulset laser assistert 10 og foto-termisk oppvarming med kamera blitsen lyser 11 har også blitt rapportert for utarbeidelse av r-GO. Generelt er lav konverteringseffektiviteten av foto-indusert metoder overført til bruk av UV eller pulset laser bestråling som kan levere høy foton energi. Den lave fotonenergi av synlig lys begrenser bruken og ikke tiltrukket mye for r-GO syntese. Gode lys absorpsjon egenskaper Plasmonic nanopartikler i de synlige og / eller NIR regioner kan forbedre dagens ulemper av bruken av synlig lys i r-GO-syntese. 12,13 Milde reaksjonsbetingelser, kort reaksjonstid og begrenset bruk av giftige chemicals kunne gjøre det synlige lyset indusert plasmon assistert fotokatalytisk reduksjon av GO som et nyttig alternativ metode.I foreliggende fremgangsmåte, beskriver vi effektive og enkle r-GO syntesemetode med Plasmonic nanopartikler og synlig lys. Reaksjonen fremgang ble funnet å være sterkt avhengig av strukturer av Plasmonic nanopartikler som sfæriske gull nanopartikler (AuNPs), gull nanorods (AuNRs) og gull nanostars (AuNSs). Bruken av AuNPs viste den mest effektive reduksjon av GO og nanopartikler er lett avtagbart og kan resirkuleres for gjentatt bruk (figur 1). R-go syntetisert ved hjelp av synlig lys og AuNPs viste nesten lik kvalitet sammenlignet med r-GO utarbeidet av velkjent kjemisk metode (hydrazin) som demonstrert ved bruk av ulike analytiske målinger og fluorescensslukkingen / recovery basert DNA påvisningsmetoden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Synlig lys bestråling på GO løsning for 30 min med gullnanopartikler (AuNPs, AuNSs & AuNRs) viste de raske farge skifter fra lys gul-brun til svart farge (figur 1). For å oppnå meget rent r-GO produkt i høyt utbytte, er det to viktige faktorer som må følge. Det ene er å bruke AuNPs som en effektiv plasmonic katalysator, ettersom AuNPs kan sterkt absorberer det synlige lyset blant andre strukturer (dvs. AuNRs, AuNSs). Et annet er bruk av nano GO løsning for å få nanopartikkel-fre…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Research Foundation of 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 |
Referências
- 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).
