绿色氧化石墨膜
使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距,可以制造广谱的GO膜,每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm,真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm,计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片,而水合半径大于0.45nm的物质被截留,如图8.4所示。例如,脱盐要求GO的层间距小于0.7nm,以从水中筛分水合Na+(水合半径为0.36nm)。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力,可以获得这种小间距。与此相反,如果要扩大GO的层间距至1~2nm,可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链(例如聚电解质),从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物,可以制备出间距超过2nm的GO膜,以用于生物医学应用(例如人工肾和透析),这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。石墨烯微片的缺陷有时使其无法满足某些复合材料在抗静电或导电、隔热或导热等方面的特殊要求。绿色氧化石墨膜

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性,广义而言,其自身已经可以作为一种传感材料,在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用,特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009年,Xia等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器(MGPD)[2],如图9.6,以1-3层石墨烯作为有源层,Ti/Pd/Au作源漏电极,Si作为背栅极并在其上沉淀300nm厚的SiO2,在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同,能带会发生弯曲并产生内建电场。乌兰察布新型氧化石墨将氧化石墨暴露在强脉冲光线下,例如氙气灯也能得到石墨烯。

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小,Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管(SWCNT),氧化石墨烯片层间的距离明显增加,水通量可达到6600-7200L/(m2.h.MPa),大约是传统纳滤膜水通量的100倍,对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明,GO膜在干燥状态下是真空压实的,但作为分子筛浸入水中后,能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子,半径小于0.45nm的离子渗透速率比自由扩散高出数千倍,且这种行为是由纳米毛细管网络引起的。异常快速渗透归因于毛细管样高压作用于石墨烯毛细管内部的离子。GO薄膜的这一特性在膜分离领域具有非常重要的应用价值。
GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力,因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种:(1)共价键修饰,由于GO表面丰富的含氧官能团(羟基、羧基、环氧基),可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化,改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等;(2)非共价键修饰[22-24],GO片层内碳原子共同形成一个大的π键,能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合,不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结合完成功能化修饰。氧化石墨仍然保留石墨母体的片状结构,但是两层间的间距(约0.7nm)大约是石墨中层间距的两倍。

氧化石墨烯(GO)的光学性质与石墨烯有着很大差别。石墨烯是零带隙半导体,在可见光范围内的光吸收系数近乎常数(~2.3%);相比之下,氧化石墨烯的光吸收系数要小一个数量级(~0.3%)[9][10]。而且,氧化石墨烯的光吸收系数是波长的函数,其吸收曲线峰值在可见光与紫外光交界附近,随着波长向近红外一端移动,吸收系数逐渐下降。对紫外光的吸收(200-320nm)会表现出明显的π-π*和n-π*跃迁,而且其强度会随着含氧基团的出现而增加[11]。氧化石墨烯(GO)的光响应对其含氧基团的数量十分敏感[12]。随着含氧基团的去除,氧化石墨烯(GO)在可见光波段的的光吸收率迅速上升,**终达到2.3%这一石墨烯吸收率的上限。氧化石墨烯(GO)是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医学和复合材料的理想材料。单层氧化石墨改性
氧化石墨烯(GO)的厚度只有几纳米,具有两亲性。绿色氧化石墨膜
GO作为新型的二维结构的纳米材料,具有疏水性中间片层与亲水性边缘结构,特殊的结构决定其优异的***特性。GO的***活性主要有以下几种机制:(1)机械破坏,包括物理穿刺或者切割;(2)氧化应激引发的细菌/膜物质破坏;(3)包覆导致的跨膜运输阻滞和(或)细菌生长阻遏;(4)磷脂分子抽提理论。GO作用于细菌膜表面的杀菌机制中,主要是GO与起始分子反应(MolecularInitiatingEvents,MIEs)[51]的作用(图7.3),包括GO表面活性引发的磷脂过氧化,GO片层结构对细菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取,GO表面催化引发的活性自由基等。另外,GO的尺寸在上述不同的***机制中对***的影响也是不同的,机械破坏和磷脂分子抽提理论表明尺寸越大的GO,能表现出更好的***能力,而氧化应激理论则认为GO尺寸越小,其***效果越好。绿色氧化石墨膜
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