一种氧化石墨烯膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种氧化石墨烯膜及其制备方法和应用，制备方法为：将氧化石墨烯分散水溶液与1,2‑二氯乙烷混合，构成互不相容的电解质溶液界面，水相中的氧化石墨烯吸附在界面上，形成氧化石墨烯膜，所述的氧化石墨烯分散水溶液与1,2‑二氯乙烷的质量比为(1‑5):7，所述的吸附时间为30‑54h。与现有技术相比，本发明专利技术是首次在ITIES上对GO的界面吸附和组装进行电化学研究，这不仅有助于进一步了解GO在液/液界面的吸附行为，而且还探索了GO在液/液界面电化学中的潜在应用。特别地，考虑到GO作为药物纳米载体以及在液/液模拟半生物膜中的能力，这项工作对于GO在生物医学中应用研究也具有重要意义。

Graphene oxide film and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯膜及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化石墨烯(GO)作为石墨烯的衍生物，因其在电化学、能源、生物医学等领域的广泛应用而备受许多研究者的关注。由于GO是从高氧化形式的石墨烯中获得的，它不仅具有两侧的大比表面积，而且具有大量的反应功能组，包括环氧基、羟基和羧基。由于其独特的化学结构，由亲水边缘和更疏水的基础平面组成，GO可视为两亲性分子或柔软的胶体粒子，充当分子或胶体表面活性剂，并具有在各种界面吸附和组装的能力。在过去的十年中，在液/液界面上吸附GO引起了业界极大的兴趣。液/液界面已被广泛用作无缺陷载体或平台，用于研究各种纳米材料的吸附和组装，包括零维(0D)纳米颗粒、一维(1D)纳米管或纳米棒和二维(2D)纳米片。由于GO的两亲性，它可以在液/液界面自发吸附和富集，从而自组装生成纸状薄膜和Pickering乳液。通常，人们已经发现GO在液/液界面的吸附行为与其两亲性密切相关，这可能会受到包括pH等在内的水性条件的影响。例如可以通过pH值调节GO的边缘-COOH基团的电离度，因为随着水溶液pH值的增加，在其边缘具有大量-COOH基团的GO纳米片会通过解离成-COO-越来越多，导致GO纳米片带电量增加，使GO纳米片更具亲水性。尽管以前关于GO在非极化液/液界面上吸附的所有报道都阐明了GO的两亲性对其在界面上吸附的关键作用，但关于GO吸附行为的报道很少。在极化的液/液界面，鉴于GO的可带电性和电荷筛选，迫切需要进一步揭示其在外极化作用下的界面吸附行为，这将有助于探索其在液/液界面电化学中的潜在应用。当适当的电解质溶解在水和油的两个接触相中时，可以形成一类特殊的液/液界面，即两互不相容电解质溶液(ITIES)之间的界面，这被视为用于研究外部极化下纳米尺度物体的界面吸附的另一个理想平台。最近，人们越来越感兴趣的是，如果纳米材料在外部电场的极化作用下与软ITIES相遇会发生什么。几组研究表明ITIES可以作为高度可复制且无缺陷的支架发挥作用，并允许施加外部电场来驱动各种纳米材料的吸附和自组装到界面，包括0D纳米粒子，如Au、SiO2和TiO2，以及1D碳纳米管和2D石墨烯等已在液/液界面电化学领域的一些出色的研究小组进行了报道，例如Girault教授，Dryfe教授和Herzog教授。此外，一些先前的研究表明，在ITIES上进行的电化学测量不仅可以原位监测纳米材料的吸附和自组装过程，还研究了吸附的纳米材料对在液/液界面发生的离子转移(IT)过程的影响，例如循环伏安法(CV)和交流伏安法(ACV)。尽管如上所述有大量关于GO纳米片在液/液界面上的吸附的文献，但是尚未对在ITIES上GO的吸附行为进行电化学研究。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化石墨烯膜及其制备方法和应用。专利技术人首先通过电化学方法(CV和ACV)研究了GO纳米片在ITIES上的界面吸附行为，监测在该液/液界面通过自发吸附所制备的氧化石墨烯膜；以及通过选择四乙酸铵根阳离子(TEA+)和过氯酸根阴离子(ClO4-)作为模型离子研究氧化石墨烯膜修饰的水/1,2-二氯乙烷界面对离子转移行为的影响。因为不同pH值得到的氧化石墨烯膜修饰的水/1,2-二氯乙烷界面具有不同的电荷选择性，还可将其应用到电荷选择性的离子检测。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氧化石墨烯膜的制备方法，该方法为：将氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷混合，构成互不相容的电解质溶液界面，水相中的氧化石墨烯吸附在界面上，形成氧化石墨烯膜。进一步地，所述的氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷的质量比为(1-5):7。进一步地，所述的吸附时间为30-54h。进一步地，所述的氧化石墨烯分散水溶液的浓度是0.02-0.10g/L。进一步地，所述的氧化石墨烯分散水溶液中水相的pH＝1.0-10.0，可以调控氧化石墨烯分散水溶液的pH值，得到不同形貌的氧化石墨烯膜。进一步地，采用交流伏安法检测混合物在氧化石墨烯吸附期间电容的变化。一种如上所述的方法制备的氧化石墨烯膜。一种如上所述的氧化石墨烯膜的应用，该氧化石墨烯膜应用在抑制电解质溶液界面中离子从水相转移到油相。进一步地，所述的离子包括TEA+、ClO4-、TMA+或BF4-。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术首次利用两互不相容电解质溶液之间的界面对GO的界面吸附和组装进行电化学研究，进一步制备出氧化石墨烯膜；(2)本专利技术进一步探究了GO在液/液界面的吸附行为，以及氧化石墨烯膜的形貌与工艺参数之间的关系；(3)本专利技术还探索了GO在液/液界面电化学中的潜在应用，例如在抑制电解质溶液界面中离子从水相转移到油相方面；(4)考虑到GO作为药物纳米载体以及在液/液模拟半生物膜中的能力，本专利技术的工作对于GO在生物医学中应用研究也具有重要意义。附图说明图1为本专利技术中氧化石墨烯分散液扫描电镜表征图；图2为本专利技术中氧化石墨烯膜表面扫描电镜表征图；图3为电解池装置中氧化石墨烯在界面成膜的照片；图4为实施例1-3中通过GO修饰的液/液界面和对比例中空白液/液界面的CV图；图5为实施例1-3中通过GO修饰的液/液界面和对比例中空白液/液界面的电容图；图6为实施例1中氧化石墨烯膜的最小电容随时间的变化图；图7为实施例4(A)、实施例5(B)、实施例6(C)、实施例1(D)和实施例7(E)中GO膜的光学显微镜图像；图8为本专利技术中氧化石墨烯薄膜的最小电容随pH值的变化图；图9为本专利技术中不同pH的氧化石墨烯分散液的Zeta电位图；图10为实施例1和6中TEA+(A)和ClO4-(B)在空白液/液界面的CV图；图11为实施例1中TEA+(A)和ClO4-(B)和实施例6中TEA+(C)和ClO4-(D)通过GO修饰的液/液界面离子转移的CV图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1用购得的2g/L的氧化石墨烯分散液分别稀释成浓度为0.1g/L的氧化石墨烯水分散液，采用磷酸盐缓冲液调节pH为7.4，作为水相；称取0.8578g的BTPPATPB(20mM)加入容量瓶中，用1,2-二氯乙烷定容至50ml，配置成油相；将氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷混合，构成互不相容的电解质溶液界面，水相中的氧化石墨烯吸附在界面上，吸附54h形成氧化石墨烯膜。电解池装置中氧化石墨烯在界面成膜的照片如图3所示。以上化学试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产；2g/L的氧化石墨烯分散液购自南京先锋纳米材料科技股份有限公司。经过扫描电镜(S-3400型SEM扫描电镜，日本日立公司)表征如图1，氧化石墨烯分散液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，该方法为：将氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷混合，构成互不相容的电解质溶液界面，水相中的氧化石墨烯吸附在界面上，形成氧化石墨烯膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，该方法为：将氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷混合，构成互不相容的电解质溶液界面，水相中的氧化石墨烯吸附在界面上，形成氧化石墨烯膜。


2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散水溶液与1,2-二氯乙烷的质量比为(1-5):7。


3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，所述的吸附时间为30-54h。


4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散水溶液的浓度是0.02-0.10g/L。


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【专利技术属性】
技术研发人员：邱海燕，陈勇，姜涛，王肖元，盛晨曦，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31