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科研進展

蘭州化物所在多孔石墨烯的制備及應用方面取得系列進展

發表日期:2019-03-29來源:蘭州化學物理研究所放大 縮小

  多孔石墨烯作為一種重要的石墨烯衍生物,不僅具有石墨烯本身的優異性質,而且相比完美晶格的石墨烯表面,孔的引入可以產生許多獨特的性質,比如:開放的能帶間隙、較大的實際比表面積、堅韌的機械強度、優異的傳質能力等,進而使其在能源、催化、環境、微納分析及傳感等領域展示出廣闊的應用前景。目前,多孔石墨烯的制備方法從宏觀角度來講可分為自上而下法——電子束或離子束轟擊,化學刻蝕等,和自下而上法——從單體直接化學合成等。然而這些方法通常需要昂貴的設備、苛刻的反應條件以及較長的反應時間。 

  中國科學院蘭州化學物理研究所邱洪燈研究員帶領的手性分離與微納分析課題組率先利用水滑層不完全覆蓋氧化石墨烯部分燃燒策略,開發了一種簡單、快速、高效、低成本制備多孔石墨烯的新方法(圖1)。結果表明,通過控制鹽模板的含量可以實現多孔石墨烯孔徑的精確調控。此外,研究人員還通過真空抽濾法制備出多孔石墨烯分離膜,實現了鈉、鉀離子的高選擇性分離。相關結果發表在Advanced Functional Materials,2018,28:1805026  

   

  1  部分燃燒法制備多孔石墨烯

  近期,研究人員將通過上述方法制備的多孔石墨烯固載到多孔硅膠表面,成功制備出多孔石墨烯修飾的液相色譜固定相,并對其親水色譜性能進行了研究。相關結果發表在Chinese Chemical Letters,2018,DOI: org/10.1016/j.cclet.2018.10.040。另外,研究人員還將該多孔石墨烯修飾到不銹鋼纖維基底,建立了一種基于多孔石墨烯的直接浸漬固相微萃取-氣相色譜聯用新方法,實現了環境水樣中多環芳烴(PAHs)的檢測。相關結果發表在Analytical Methods,2019,11:213-218 

  基于以上原理,研究人員制備出磁性的多孔石墨烯復合材料。研究發現其具有良好的類氧化物酶性質,可在堿性條件下將硫胺素(TH)氧化為脫氫硫胺素(TC),基于還原型谷胱甘肽(GSH)對該氧化過程的抑制作用,建立了一種選擇性熒光檢測GSH的新方法,并將其用于PC12細胞裂解液中GSH的含量分析,同時考察了不同藥物作用下PC12細胞裂解液中GSH的含量變化。相關結果在線發表在Analytical Chemistry,2019,DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04779 

  與此同時,研究人員還采用該方法制備出多孔石墨烯/氧化亞銅復合材料以及單純的氧化亞銅納米立方體。研究表明,該復合材料具有顯著的類過氧化物酶活性,能夠催化雙氧水氧化魯米諾產生強烈的化學發光。但在還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)存在的情況下,體系的化學發光強度會受到明顯的抑制。受到這一現象的啟發,構建了一種高選擇性、高靈敏度檢測NADH的化學發光傳感新策略(圖2)。該策略可用于人血清和A549細胞裂解液中NADH的定量檢測,且實驗結果與電流傳感器和液相色譜結果完全吻合。相關結果在線發表在Sensors & Actuators: B. Chemical,2019,DOI: org/10.1016/j.snb.2019.03.106 

  

  2  多孔石墨烯/氧化亞銅復合材料用于NADH的檢測

  此外,研究人員還制備了多孔石墨烯/氧化鋅納米復合材料和單一氧化鋅納米顆粒,并對該材料在光催化降解染料方面的性能進行了研究。相關結果在線發表于Environmental Pollution,2019,DOI: org/10.1016/j.envpol.2019.03.071 

  以上工作得到了國家自然科學基金、中科院西部之光項目、甘肅省自然科學基金和蘭州化物所“一三五”戰略規劃重點培育項目的資助。

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