Lumière visible réduction induite de graphène oxyde Utilisation plasmonique nanoparticules
Summary
Un protocole simple pour la préparation de la réduction de l'oxyde de graphène en utilisant la lumière visible et nanoparticule plasmonique est décrite.
Abstract
Le présent travail démontre la, rapide, et de l'énergie méthode simple, sans produit chimique efficace de produire de l'oxyde de graphène réduit (R-GO) solution à RT en utilisant l'irradiation de la lumière visible avec des nanoparticules plasmoniques. La nanoparticule plasmonique est utilisé pour améliorer l'efficacité de réduction de GO. Il ne prend que 30 minutes à température ambiante en éclairant les solutions avec Xe-lampe, les solutions r-GO peuvent être obtenus en éliminant complètement les nanoparticules d'or à l'étape de centrifugation simple. Les nanoparticules d'or sphériques (AuNPs) par rapport aux autres nanostructures est nanostructure plasmonique le plus approprié pour la préparation de r-GO. L'oxyde de graphène réduit préparé en utilisant la lumière visible et AuNPs était tout aussi qualitative que l'oxyde de graphène, qui a été soutenu par diverses techniques d'analyse telles que la spectroscopie UV-Vis, la spectroscopie Raman, la poudre XRD et XPS réduit chimiquement. L'oxyde de graphène réduit préparé avec de la lumière visible présente d'excellentes propriétés d'extinction sur le fluorrescentes molécules modifiées sur ADNsb et une excellente récupération de fluorescence pour la détection d'ADN cible. La r-GO préparé par AuNPs recyclés se trouve être de même qualité avec celle de réduire chimiquement r-GO. L'utilisation de la lumière visible avec nanoparticules plasmoniques démontre la bonne méthode alternative pour la synthèse R-GO.
Introduction
La méthode 1 et de vapeur chimique à base de la première scotch développé dépôt 2 étaient excellentes méthodes pour produire l'état vierge d'un graphène, mais la grande synthèse de graphène à grande échelle ou de graphène formation d'une couche sur la surface avec vaste zone a été considéré comme une limitation clé de méthodes précédentes. 3 l'une des solutions possibles pour la synthèse R-GO à grande échelle sera procédé de synthèse par voie chimique humide qui nécessite d'abord les réactions avec les oxydants forts, vaste traitements physiques tels que les ultrasons pour produire GO feuille, et enfin la réduction des fonctionnalités d'oxygène ces comme hydroxy, époxyde et des groupes carbonyle dans GO est essentielle afin de récupérer ses propriétés physiques originales 4 Partiellement., la réduction de GO a été réalisée avec soit la méthode chimique utilisant de l'hydrazine ou ses dérivés 5 ou par un procédé de traitement thermique (550-1,100 ° C) dans une atmosphère inerte ou réductrice. 6
jove_content "> Ces procédés nécessitent des produits chimiques toxiques, à long temps de réaction et haute température qui a augmenté la demande totale d'énergie pour la synthèse R-GO. 7 Alors que les processus de réduction de photo-irradiation tels que, processus 8 photo-thermique induite par les UV en utilisant un xénon pulsé flash, 9 pulsée laser assistée par 10 et photo-thermique de chauffage avec des lumières flash de l'appareil photo 11 ont également été signalés pour la préparation de la R-GO. En général, la faible efficacité de conversion des méthodes photo-induites propagé à l'utilisation des UV ou pulsé irradiation laser qui peut fournir de l'énergie de photons de haute. La faible consommation d'énergie de photons de la lumière visible limite son utilisation et pas attiré beaucoup pour la synthèse R-GO. Excellentes propriétés d'absorption de la lumière de nanoparticules plasmoniques dans les régions visibles et / ou NIR peut grandement améliorer les inconvénients actuels de l'utilisation de la lumière visible pour la synthèse R-GO. 12,13 conditions réactionnelles douces, peu de temps de réaction et l'utilisation limitée de ch toxiquesemicals pourraient faire la lumière visible plasmon induite assisté réduction photocatalytique de GO comme une méthode alternative utile.Dans présent procédé, nous décrivons la méthode synthétique r-GO efficace et simple en utilisant des nanoparticules plasmoniques et la lumière visible. La progression de la réaction a été jugée fortement dépendantes des structures de nanoparticules plasmoniques tels que des nanoparticules sphériques d'or (AuNPs), nanorods or (AuNRs), et nanostars d'or (AuNSs). L'utilisation de AuNPs a montré la diminution la plus efficace de GO et les nanoparticules sont facilement démontable et recyclable pour l'utilisation répétée (figure 1). La r-GO synthétisé en utilisant la lumière visible et AuNPs montré la qualité presque égale par rapport à la R-GO préparé par méthode chimique bien connue (hydrazine) tel que démontré par l'utilisation de diverses mesures analytiques et la méthode de détection de l'ADN à base de fluorescence trempe / récupération.
Protocol
Representative Results
Discussion
Irradiation de lumière visible sur une solution GO pendant 30 min avec des nanoparticules d'or (AuNPs, AuNSs & AuNRs) a montré les couleurs rapides changements de la lumière jaune-brun à noir (Figure 1). Pour obtenir un produit R-GO très pur avec un rendement élevé, il ya deux facteurs importants doivent suivre. L'un est l'utilisation d'un catalyseur comme AuNPs plasmonique efficace, car AuNPs peuvent fortement absorber la lumière visible parmi les autres structures (ie,<…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le National Research Foundation de Corée (2013R1A1A1061387) et fonds de recherche KU-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 |
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).
