Sichtbares Licht induzierte Reduktion von Graphenoxid Mit Plasmonische Nanopartikel

Summary

Ein einfaches Protokoll zur Herstellung von reduzierten Graphenoxids Verwendung von sichtbarem Licht und plasmonic Nanopartikel beschrieben.

Abstract

Vorliegende Arbeit zeigt die einfachen, chemischen kostenlos, schnell und energieeffiziente Methode, um reduzierte Graphenoxid (r-GO) Lösung bei RT produzieren mit Bestrahlung mit sichtbarem Licht mit Plasmonen Nanopartikel. Die Plasmonen Nanopartikel verwendet, um die Reduktionseffizienz von GO zu verbessern. Es dauert nur 30 min bei RT durch Beleuchten der Lösungen mit Xe-Lampe, kann der R-GO-Lösungen von Goldnanopartikeln vollständigen Entfernung durch einfache Zentrifugation Schritt erhalten werden. Die kugelförmigen Goldnanopartikel (AuNPs) im Vergleich zu den anderen Nanostrukturen ist die geeignetste plasmonic Nanostruktur für r-GO Zubereitung. Mit sichtbarem Licht die reduzierte Graphenoxid vorbereitet und AuNPs war ebenso qualitative als chemisch reduzierte Graphenoxid, die durch verschiedene analytische Verfahren, wie UV-Vis-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Pulver-XRD und XPS unterstützt wurde. Die reduzierte Graphenoxid mit sichtbarem Licht bereit zeigt hervorragende Löscheigenschaften über die Fluorzier Moleküle auf ssDNA und ausgezeichnete Fluoreszenz Recovery für Ziel-DNA-Detektion modifiziert. Die r-GO durch Recycling AuNPs hergestellt wird festgestellt, dass der gleiche Qualität mit der des chemisch reduziert r-GO können. Die Verwendung von sichtbarem Licht mit plasmonic Nanopartikel zeigt die gute Alternative Verfahren zur r-GO-Synthese.

Introduction

Das erste entwickelte Scotch-Tape-basierte Methode ^{1 und} chemische Gasphasenabscheidung ² waren ausgezeichnet Methoden, um den ursprünglichen Zustand eines Graphen zu erzeugen, aber der Groß Graphen-Synthese oder Graphenschicht Bildung auf der Oberfläche mit großen Bereich haben als Schlüssel Begrenzung angesehen früheren Verfahren. ³ Eine mögliche Lösung für große R-GO Synthese naßchemischen synthetischen Verfahren, erfordert zunächst die Reaktionen mit starken Oxidationsmitteln, umfangreiche physikalische Behandlung wie Beschallung herzustellen GO Bogen und schließlich die Reduktion von Sauerstoff Funktionalitäten wie sein Hydroxy, Epoxid und Carbonylgruppen in GO ist wesentlich, um in seinen ursprünglichen physikalischen Eigenschaften zu gewinnen. ⁴ Teilweise wird die Reduktion von GO wurde entweder mit chemischen Verfahren unter Verwendung von Hydrazin oder seine Derivate ^{5 oder} durch Wärmebehandlungsverfahren 550-1,100 ° durchgeführt ( C) in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre. ⁶

jove_content "> Diese Verfahren erfordern die giftigen Chemikalien, lange Reaktionszeit und hoher Temperatur, die Gesamtenergiebedarf für die r-GO Synthese erhöht. ⁷ Während die Foto-Bestrahlung Reduktionsverfahren, wie beispielsweise ^{UV-induzierte,} 8 photothermischen Verfahren unter Verwendung eines Xenon-Impuls ^Flash, 9 gepulsten Laser unterstützte ^{10 und} photothermische Heizung mit Blitzlampen ¹¹ sind auch für die Herstellung von gemeldet r-GO. Im Allgemeinen ist die geringe Effizienz der Umwandlung der photoinduzierten Verfahren auf die Verwendung von UV oder gepulste propagiert Laserbestrahlung, die hohe Photonenenergie liefern kann. Der geringe Energie von sichtbarem Licht Photonen schränkt seine Verwendung und nicht angezogen viel für r-GO-Synthese. Hervorragende Lichtabsorptionseigenschaften plasmonischer Nanopartikel im sichtbaren und / oder NIR-Bereich können die aktuellen Nachteile erheblich verbessern der Verwendung von sichtbarem Licht für r-GO-Synthese. ^12,13 milden Reaktionsbedingungen kurze Reaktionszeit und begrenzter Verwendung toxischer chemicals könnte das sichtbare Licht induzierten Plasmonen-unterstützte photokatalytische Reduktion von GO als eine nützliche Alternative Methode zu machen.

Im vorliegenden Verfahren beschreiben wir die effiziente und einfache r-GO Syntheseverfahren unter Verwendung von Plasmonen Nanopartikeln und sichtbares Licht. Der Reaktionsfortschritt wurde wie sphärische Gold-Nanopartikel (AuNPs), Gold-Nanostäbchen (AuNRs) und Gold nanostars (AuNSs) als stark abhängig von den Strukturen der Plasmonen Nanopartikel sein. Der Einsatz von AuNPs zeigten die wirksamste Verringerung der GO und die Nanopartikel leicht entfernbare und wiederverwertbare für den wiederholten Gebrauch (Abbildung 1). Die r-go mit sichtbarem Licht synthetisiert und AuNPs zeigten fast gleichen Qualität im Vergleich mit dem R-GO durch bekannte chemische Verfahren (Hydrazin), wie durch die Verwendung von verschiedenen analytischen Messungen und der Fluoreszenzlöschung / Recovery-basierte DNA-Nachweisverfahren nachgewiesen vorbereitet.

Protocol

1. Herstellung der Vorstufe Herstellung von Graphenoxid (GO): GO Vorbereitung mit modifizierten Hummer-Methode 14 Hinzufügen von 3,0 g Graphitflocken zu einer Mischung aus konzentrierter H 2 SO 4 / H 3 PO 4 (360: 40 ml) bei RT. (Hinweis: Besondere Sorgfalt muss bei der Verwendung von starken Säuren H 2 SO 4 und H 3 PO 4 entnommen werden.) Hinzufügen KMnO 4 (18,0 g) langsam unter Rühren und Kühlen in einem Eisbad…

Representative Results

Abbildung 1 zeigt die Gesamtschema für sichtbares Licht und Plasmonen-Nanopartikel auf der Basis r-GO Reduktionsreaktion. Abbildung 2 zeigt die instrumental-Setup für die Reaktionen. Nach der Reaktion ist es erforderlich, den Zentrifugationsschritt, um das verwendete Photokatalysator (AuNSs, AuNRs oder AuNPs), wie in 3A gezeigt, zu entfernen. Die HRTEM-Analyse zeigt das vollständige Entfernen von Nanopartikeln in dem Überstand (r-GO) (3B), die auch …

Discussion

Bestrahlung mit sichtbarem Licht auf GO Lösung für 30 min mit Gold-Nanopartikeln (AuNPs, AuNSs & AuNRs) zeigte den schnellen Farbumschlag von hellgelb-braune bis schwarze Farbe (Abbildung 1). Um hochreines r-GO Produkt in hoher Ausbeute zu erhalten, gibt es zwei wichtige Faktoren zu folgen. Eine davon ist die Verwendung von AuNPs als effiziente plasmonic Katalysators, da AuNPs können stark das sichtbare Licht unter anderen Strukturen (dh AuNRs, AuNSs) absorbieren. Ein weiteres ist die Ve…

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