本发明专利技术涉及一种原位组装、电化学还原及表征氧化石墨烯氧化态转换的方法，属于纳米材料技术领域主要解决的技术问题是，应用表面等离激元共振技术，原位监测化学法制备的氧化石墨烯在金膜表面组装过程，并且原位定量检测氧化石墨烯的不同还原程度。其步骤包括：将氧化石墨利烯利用物理吸附组装在金膜表面，利用电化学方法原位还原氧化石墨烯为石墨烯，利用软件拟合表面等离激元光谱曲线，检测传感芯片表面氧化石墨烯的组装和还原程度。本发明专利技术的优点：氧化石墨烯的组装、电化学还原和检测在一台机器上完成，仪器设备廉价，操作简单，效率高，精确度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分析化学领域,特别涉及ー种用于氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)组装及还原程度检测的表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)技术。
技术介绍
石墨烯是2004年发现并迅速发展的ー种新型材料，广泛应用于医药、生物、化学、电子、物理等领域。化学法制备的石墨烯是将GO还原为石墨烯(RG0)，目前，用于检测GO是否还原的方法主要是拉曼光谱法(Raman spectra)、X射线光电子能谱分析(XPS)及原子力显微镜分析(AFM)，但是，以上表征手段存在较大误差，并且，检测氧化石墨烯的组装过程和氧化石墨烯的还原程度无法精确定量及原位的表征。所以，需要一种新的方法监测氧化石墨烯的组装过程以及原位表征氧化石墨烯的还原程度。SPR是金属表面的等离激元波耦合照射光产生的ー种共振现象，金属薄膜表面介电常数和厚度的变化会影响SPR共振曲线的变化，从而实现金属表面介质环境变化的传感。目前主要用于医药、生物、化学、食品等领域的监测传感，可灵敏检测蛋白质，DNA等物质，具有实时、原位、免标记、灵敏度闻等特点。与本专利技术最相近的用于检测GO还原态的方法是拉曼光谱法及X射线光电子能谱分析等方法。拉曼光谱法是比较还原前后的D峰与G峰的強度比值或者积分面积比值，确定GO是否被还原；X射线光电子能谱分析法是利用比较分析还原前后C-C键、C-O键、C =0键、C (0) 0键的相对含量，确定GO是否被还原。现有检测技术存在的主要问题是(I)Raman光谱无法定量检测GO的还原程度，XPS检测结果存在较大误差，并且以上两种方法均无法原位检测GO还原程度。(2)原位组装、电化学还原及表征氧化石墨烯需要不同设备上完成，导致样品容易受到污染，检测准确性低，操作繁琐。现有技术不能够原位监测氧化石墨烯的组装情况，这是需要应用其他仪器监测的，因而无法只使用一种仪器实现氧化石墨烯组装及检测还原程度，所以无法定量比较还原程度的大小。事实上，测试GO的组装过程及还原程度主要是测定其还原前后的參数变化，经过对比还原前后GO的參数可以确定GO是否被还原。然而，受测试仪器及样品污染等因素的影响，无法依次原位地检测GO的组装和还原，而且结果存在很大误差，难以满足科研和实际应用的检测要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，应用表面等离激元共振(SPR)技术，原位监测化学法制备的氧化石墨烯在金膜表面组装过程，并且原位定量检测氧化石墨烯的不同还原程度。 表面等离激元共振技术是，以波长为632. Snm的激光，基于棱镜耦合方法激发厚度为50nm金膜表面的表面等离激元共振波，当发生表面等离激元共振吋，入射光能量几乎全部被束缚在金膜表面形成SPR，接受器接收到的光强最小，形成共振峰，当金膜表面介质环境的介电常数和厚度发生变化时，共振峰的強度和位置发生变化，从而，根据研究共振峰的变化可以定量研究表面介质的变化情況。本专利技术的主要内容第一、将氧化石墨溶于水中，通过超声剥离得到分散性良好的氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯溶液的浓度是0. 01-10mg/ml ;测试空气环境中传感芯片金膜表面的SPR曲线。第二、利用SPR仪器检测氧化石墨烯溶液在金膜表面组装的动力学曲线(在SPR 电化学样品池中加入去离子水，然后通入制备好的GO溶液，1-16小时后再通入去离子水冲掉未吸附的残余GO溶液)；用高纯氮气吹干传感芯片金膜表面，原位测试GO组装在金膜表面后的SPR曲线。第三、在样品池中直接通入pH = 7. 4的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，进行电化学还原(电位范围-1. 6-0. 0V，还原圈数1-100圏)。然后，用去离子水冲洗和氮气吹干传感芯片金膜表面，测试电化学还原的氧化石墨烯(ERGO)在金膜表面的SPR曲线。第四、利用SPR光谱拟合软件对以上过程得到的SPR曲线进行拟合，得到GO组装和还原后的厚度及介电常数，从而定量检测GO的还原程度。第五、利用AFM、XPS及Raman光谱技术对氧化石墨烯还原前后金膜进行表征，证明实验结果的合理性。本专利技术利用SPR技木，能够原位检测GO组装在金膜表面及监测组装过程，并且原位检测还原GO还原程度。通过分析SPR共振峰的变化，原位定量分析GO在金膜表面的组装情况以及GO被还原程度。结果表明，此方法确实可以解决目前GO还原程度原位检测难的问题。该检测方法简单、经济、高效，稳定，具有良好的应用前景。附图说明图I (a)是化学法制备GO的透射电子显微镜图。图I (b)是化学法制备GO的原子力显微镜图。图2是金膜表面组装GO共振峰的动力学曲线。图3(a)是金膜表面的原子力显微镜图。图3(b)是金膜表面组装GO后的原子力显微镜图。图3(c)是金膜表面组装的GO被电化学还原为ERGO的原子力显微镜图。图4是金膜、金膜表面组装GO和原位还原GO在空气环境中的SPR曲线。图5是原位电化学还原GO过程循环伏安曲线。图6 (a)是金膜表面GO的拉曼光谱曲线。图6 (b)是金膜表面GO电化学还原为ERGO的拉曼光谱曲线。图7(a)是金膜表面GO的X射线光电子能谱分析曲线。图7 (b)是金膜表面GO电化学还原为ERGO的X射线光电子能谱分析曲线。具体实施例方式利用将改进的Hmnmers法制备氧化石墨烯溶于水中，通过超声剥离得到分散性良好的氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯溶液的浓度是(0.01，2，10)mg/ml ;将GO滴在云母片上，进行透射电子显微镜(TEM)及原子力显微镜(AFM)表征，參阅图I。实时监测传感芯片金膜表面GO组装过程。组装测试空气中金膜的SPR曲线，加入去离子水，将2mg/mL的GO水溶液通入样品池，组装(1，12，16) h，然后用去离子水冲掉未组装的GO溶液，组装过程中的SPR动力学曲线參阅图2。然后用高纯氮气吹干传感芯片金膜表面，测试传感芯片金膜表面组装GO后的SPR曲线。向样品池中通入用高纯氮气除氧后的PBS(pH = 7. 4)溶液，利用电化学循环伏安(C-V)法原位还原传感芯片金 膜表面的GO(金膜为工作电极，氯化银为參比电极，钼丝为对电极)，电位范围:(-1.6, -I. 4，0.0)，还原圈数1-400圏。图4为循环伏安曲线，在-1. 4V处的还原峰越来越小，说明GO被还原，实时监测GO的电化学还原过程。用高纯氮气吹干传感芯片金膜表面，原位测试GO电还原SPR曲线。參阅图7(几何符号表示测量值，线表示拟合曲线)，通过分别測定金膜表面、金膜表面组装GO及GO被还原后的金膜表面ERGO的SPR曲线，利用免费的SPR光谱拟合软件(Winspall)拟合SPR曲线，分析厚度、介电常数实部和虚部的变化。金膜SPR拟合曲线I (实线)结果表明铬层厚度为0. 53nm，介电常数为-5. 1514+10. 5349i，金膜的厚度为54. 03nm,介电常数为-10. 8764+1. 4464i ;G0组装在金膜的SPR拟合曲线2 (点划线)结果表明GO的厚度为2. 55nm，介电常数为I. 6254+0. 0095i ;金膜表面GO被原位电化学还原为ERGO的SPR拟合曲线3 (虚线)表明ERGO的厚度为I. 41nm，介电常数为7. 4168+2. 2605i，精确检测了金膜表面GO及原本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种原位组装、电化学还原及表征氧化石墨烯方法，其特征在于，所述方法包括以下具体步骤 (1)首先将化学法制备的氧化石墨烯溶于水中，通过超声剥离得到分散性良好的氧化石墨烯水溶液，氧化石墨烯水溶液的浓度是0. 01-10mg/ml ； (2)利用表面等离激元共振仪器在空气环境中测试传感芯片金膜表面的表面等离激元共振曲线； (3)利用表面等离激元共振仪器测试氧化石墨烯水溶液在传感芯片金膜表面吸附的动力学曲线在表面等离激元共振电化学样品池中加入去离子水，然后通入制备好的氧化石墨烯水溶液，1-16小时后再通入去离子水冲去未吸附的残余氧化石墨烯溶液；用高纯氮气吹干传感芯片金膜表面，利用表面等离激元共振仪器测试氧化石墨烯吸附在传感芯片金膜表面后的表面等离激元共振曲线； (4)在样品池中直接通入pH= 7. 4的磷酸盐缓冲液溶液，在样品池中插入參比电极和对电极，把传感芯片金膜作为电化学工作电极，对传感芯片表面的氧化石墨烯做电化学还原，电位范围-1. 6-0. 0V，还原圈数1-400圏。(5)用去离子水冲洗和高纯氮气吹干传感芯片表面，测试电化学还原的氧化石墨烯在传感芯片金膜表面的表面等离激元共振曲线。(6)利用(I)首先将化学法制备的氧化石墨烯溶于水中，通过超声剥离得到分散性良好的氧化石墨烯水溶液，氧化石墨烯水溶液的浓度是0. 01-10mg/ml ； (2)利用表面等离激元共振仪器在空气环境中测试传感芯片金膜表面的表面等离激元共振曲线； (3)利用表面等离激元共振仪器测试氧化石...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔小强，郑伟涛，薛天宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。