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氧化石墨烯(GO)的比表面積很大,而厚度只有幾納米,具有兩親性,表面的各種官能團(tuán)使其可與生物分子直接相互作用,易于化學(xué)修飾,同時(shí)具有良好的生物相容性,超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進(jìn)行加工。另外,GO具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)性能,可以通過(guò)熒光能量共振轉(zhuǎn)移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體(染料分子、量子點(diǎn)及上轉(zhuǎn)換納米材料)的熒光。這些特點(diǎn)都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發(fā)現(xiàn),將CdSe/ZnS量子點(diǎn)作為熒光供體,石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體,以上幾種碳材料對(duì)CdSe/ZnS量子點(diǎn)的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、71±1%和97±1%,因此與其他碳材料相比,GO具有更好的熒光猝滅效果[77]。GO的生物毒性除了有濃度依賴性,還會(huì)因GO原料的不同而呈現(xiàn)出毒性數(shù)據(jù)的多樣性。合成氧化石墨資料
氧化石墨烯(GO)是一種兩親性材料,在生理?xiàng)l件中一般帶有負(fù)電荷,通過(guò)對(duì)GO的修飾可以改變電荷的大小,甚至使其帶上正電荷,如利用聚合物或樹(shù)枝狀大分子等聚陽(yáng)離子試劑。在細(xì)胞中,GO可能會(huì)與疏水性的、帶正電荷或帶負(fù)電荷的物質(zhì)進(jìn)行相互作用,如細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸等,因此會(huì)誘導(dǎo)GO產(chǎn)生毒性。因此在本節(jié)中,我們主要探討GO在細(xì)胞(即體外)和體內(nèi)試驗(yàn)中產(chǎn)生已知的毒性效應(yīng),以及產(chǎn)生毒性的可能原因。石墨烯材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要由三個(gè)參數(shù)決定:(a)層數(shù)、(b)橫向尺寸和(c)化學(xué)組成即碳氧比例)。綠色氧化石墨有哪些氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結(jié)構(gòu),但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。
近年來(lái)研究者發(fā)現(xiàn)石墨烯由于它獨(dú)特的零帶隙結(jié)構(gòu),對(duì)所有波段的光都無(wú)選擇性的吸收,且具有超快的恢復(fù)時(shí)間和較高的損傷閾值。因此利用石墨烯獨(dú)特的非線性可飽和吸收特性將其制作成可飽和吸收體應(yīng)用于調(diào)Q摻鉺光纖激光器、被動(dòng)鎖模光纖激光器已經(jīng)成為超快脈沖激光器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。2009年,Bao等[82]人使用單層石墨烯作為鎖模光纖激光器的可飽和吸收體首先實(shí)現(xiàn)了通信波段的超短孤子脈沖輸出,脈沖寬度達(dá)到了756fs。他們證實(shí)了由于泡利阻塞原理,零帶隙材料石墨烯在強(qiáng)激光激發(fā)下可以容易的實(shí)現(xiàn)可飽和吸收,而且這種可飽和吸收是與頻率不相關(guān)的,即石墨烯作為可飽和吸收體可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有波長(zhǎng)的光都有可飽和吸收作用。
GO膜在水處理中的分離機(jī)理尚存在諸多爭(zhēng)議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為通過(guò)尺寸篩分以及帶電的目標(biāo)分離物與納米孔之間的靜電排斥機(jī)理實(shí)現(xiàn)分離,如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構(gòu)成:1)氧化石墨烯分離膜中不規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)形成的半圓柱孔道;2)氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外,由氧化石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷引起的納米孔道對(duì)于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認(rèn)為干態(tài)下通過(guò)真空過(guò)濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團(tuán)含有孤對(duì)電子。
當(dāng)前社會(huì)的快速發(fā)展造成了嚴(yán)重的重金屬離子污染,重金屬離子毒性大、分布廣、難降解,一旦進(jìn)入生態(tài)環(huán)境,嚴(yán)重威脅人類的生命健康。目前,含重金屬離子廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、膜分離法、離子交換法、吸附法等等。而使用納米材料吸附重金屬離子成為當(dāng)前科研人員的研究熱點(diǎn)。相對(duì)活性炭、碳納米管等碳基吸附材料,氧化石墨烯的比表面積更大,表面官能團(tuán)(如羧基、環(huán)氧基、羥基等)更為豐富,具有很好的親水性,可以與金屬離子作用富集分離水相中的金屬離子;同時(shí),氧化石墨烯片層可交聯(lián)極性小分子或聚合物制備出氧化石墨烯納米復(fù)合材料,吸附特性更加優(yōu)異。碳基填料可以提高聚合物的熱導(dǎo)率,但無(wú)法像提高導(dǎo)電性那么明顯,甚至低于有效介質(zhì)理論。制備氧化石墨復(fù)合材料
掃描隧道顯微鏡照片表明,在氧化石墨中氧原子排列為矩形。合成氧化石墨資料
工業(yè)化和城市化導(dǎo)致天然地表水體中的有毒化學(xué)品排放,其中包括酚類、油污、***、農(nóng)藥和腐植酸等有機(jī)物,這些污染物在制藥,石化,染料,農(nóng)藥等行業(yè)的廢水中***檢測(cè)到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物,如光催化,吸附和電解54-57。在這些方法中,由于吸附技術(shù)低成本,高效率和易于操作,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他技術(shù)。與傳統(tǒng)的膜材料不同,GO作為碳質(zhì)材料與有機(jī)分子的相互作用機(jī)理差異很大。新的界面作用可在GO膜內(nèi)引入獨(dú)特的傳輸機(jī)制,導(dǎo)致更有效地從水中去除有機(jī)污染物。石墨烯和GO對(duì)有機(jī)物的吸附機(jī)理的研究表明,疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價(jià)鍵和靜電相互作用會(huì)影響石墨烯和GO對(duì)有機(jī)物的吸附能力。合成氧化石墨資料