簡介
氧化石墨烯(GO,產品編號 763705 and 777676)是一種獨特的材料,可視為具有各種含氧官能性(如環氧基、羰基、羧基和羥基)的單分子石墨層。1,2,3 在石墨烯(單層石墨)首次被分離和研究之後,人們對 GO 的興趣急劇增加。4 最初人們希望 GO 可以成為石墨烯的合成前體。5 當具有電絕緣性的 GO 被還原時, 還原氧化石墨烯 ;(GO, product number 777684)所形成的氧化石墨烯類似石墨烯,但含有殘留的氧和其他雜原子以及結構缺陷。6,7 如何製造出更接近原始石墨烯的 rGO,是這個領域的一大挑戰。儘管如此,由於 rGO 可以從 GO 在水中的水性分散液製成薄膜,且具有中等的導電性,因此在電子裝置中的應用相當具有吸引力。8,9,10,11,12 除了作為電子設備的元件之外,GO 和 rGO 還被用於納米複合材料、13,14 聚合物複合材料、13 能量儲存、14能量儲存、14 生物醫學應用、15,16,17 催化、18,19,20 以及作為表面活劑21 這些領域之間有一些重疊。
GO的合成和還原
合成GO的許多現代程序都是基於Hummers首先報告的方法,其中石墨被硫酸中的高錳酸鉀溶液氧化。22 也有使用肼還原 GO 的報導。5 然而,肼具有很高的毒性,而且有可能使 GO 功能化為氮雜質原子。23 由於這些問題,肼的替代品包括 NaBH4、1424 和 HI25、26 等已被用於還原 GO。GO 可以以薄膜或水溶液的形式還原。6
電子
有幾種電子裝置是使用 GO 作為至少一種元件的起始材料製造出來的。27,28 採用 rGO 的場效應電晶體 (FET) 已被用作化學感測器29,30,31 和生物感測器。31 使用功能化 rGO 作為半導體的 GFET 已被用作生物傳感器來檢測荷爾蒙兒茶酚胺分子、32 阿維丁、33 和 DNA。34 In another study, GO that was functionalized with glucose oxidase and deposited on an electrode was used as an electrochemical glucose sensor.35
Visible light transparent electrodes are important for both light emitting diodes (LEDs) and solar cell devices.由於 GO 可以在溶液中進行加工,因此使用 rGO 作為透明電極,對於這些裝置而言,是其他透明電極 (例如 ITO) 的方便替代品。36,37 除了作為透明電極之外,rGO 還被用作聚合物太陽能電池和發光二極管38,39
中的空穴傳輸層。圖 1.(a) 在 Si/SiO2 基板上用作氣體感測器的典型後閘極 GFET。(b) 軟性聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 基板上的典型溶液閘極 GFET,用於水溶液中的化學和生物傳感器。經國家科學研究中心 (CNRS) 及英國皇家化學會許可,轉載自參考文獻 31。
能源儲存
rGO 的奈米複合材料已被用於鋰離子電池的高容量能源儲存。在這些研究中,電絕緣的金屬氧化物奈米粒子被吸附在 rGO 上,以增加這些材料在電池中的效能。40,41,42,43,44 例如,Fe3O4 的能量儲存容量和週期穩定性都有增加。/或 Fe2O3 (圖 2)。43 利用微波進行 GO 的剝離和還原,製造出高表面面積的 rGO。所形成的高比表面積 rGO 可作為超級電容中的能量儲存材料。
圖 2.(a) GNS/Fe3O4 複合物的放電/充電剖面。(b) 商用 Fe3O4 顆粒、GNS/Fe3O4 複合物和裸 Fe2O3 顆粒在電流密度為 35 mA/g 時的循環效能 實心符號表示放電;空心符號表示充電。(c) GNS/Fe3O4 複合物在 700 mA/g 電流密度下 100 次循環時的循環效能。(d) 商用 Fe3O4 顆粒、GNS/Fe3O4 複合物和裸 Fe2O3 顆粒在不同電流密度下的速率效能。GNS = rGO。經參考 43 許可改編。版權所有 2010 美國化學學會。
生物醫學應用
GO在生物醫學領域的一個用途是作為藥物傳輸系統的成分。 Functionalized nanographene oxide (nGO, product number 795534)已被用於多項抗癌藥物靶向傳遞的研究中。聚乙二醇 (PEG) 功能化的 nGO 含有 SN38,一種 喜樹堿 (產品編號 H0165)的衍生物,吸附在表面上(nGO-PEG-SN38)被用來作為藥物的水溶性和血清溶解性來源。47 在該研究中,nGO-PEG-SN38在降低人類結腸癌細胞株HTC-116的細胞活力方面,比FDA批准的SN38原藥伊立替康(CPT-11)有效三個數量級(圖3)。47 nGO-PEG-SN38的有效性與DMSO中的SN38相似(圖3)。47 小鼠的黑色素瘤皮膚癌已經用近紅外線雷射和nGO的光熱消融療法治療,nGO是用PEG和透明質酸功能化,並經皮下傳遞。48 在另一項研究中,磁鐵被吸附在載有抗癌藥物鹽酸多柔比星(DXR,產品編號 44583),利用磁鐵將藥物靶向傳遞到特定部位。49
。圖 3.體外細胞毒性試驗。(a) HCT-116 細胞與不同濃度的 CPT-11、SN38 及 NGO-PEG-SN38 培養 72 小時後的相對細胞存活率 (相對於未處理的對照) 數據。水溶性 NGO-PEG-SN38 在 DMSO 中顯示出與 SN38 相似的毒性,且效力遠高於 CPT-11。(b) HCT-116 細胞與含有 (紅色) 和不含 (黑色) SN38 的 nGO-PEG 培養後的相對細胞存活率資料。即使在非常高的濃度下,普通的 NGO-PEG 也沒有明顯的毒性。誤差條基於三重樣本。NGO = nGO。經參考 47 許可改編。版權所有 2008 美國化學會。
生物感測器
GO和rGO已被用作幾個系統的元件,這些系統旨在檢測生物相關分子。在利用螢光共振能量轉移 (FRET) 效應的生物感測器中,GO 已經被用作螢光淬滅材料。在 Lu 等人的一項研究中,帶有螢光標籤的單鏈 DNA (ssDNA) 被發現與 GO 非共价地結合,隨後標籤的螢光會被淬滅。50 加入互補的 ssDNA 可將標籤 DNA 從 GO 表面移除,並恢復螢光。51 Folic acid functionalized GO was used as a component in a system used to detect human cervical cancer and human breast cancer cells.52
我們提供高品質的氧化石墨烯產品,滿足您的創新和先進材料研究需求。如需可用的石墨烯和氧化石墨烯產品清單,請造訪 sigmaaldrich.com/nanocarbons.
。Network error: Failed to fetch
參考資料
若要繼續閱讀,請登入或建立帳戶。
還沒有帳戶?為便利客戶閱讀,此頁面中文以機器翻譯完成。雖然我們已盡力確保機器翻譯的準確性,但機器翻譯並非完美。如果您對機器翻譯的內容不滿意,請參考英文版本。