制造氧化石墨納米材料

隨著材料領域的擴張，人們對于材料的功能性需求更為嚴苛，迫切需要在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域應用性質更加優良的材料出現，石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標，作為前驅體的GO以其靈活的物理化學性質、可規模化制備的特點更成為應用基礎研究的熱電。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用以及π-π作用等強相互作用力，使GO之間很容易在不同體系中發生團聚，其在納米尺度上表現的優異性能隨著GO片層的聚集***的降低直至消失，極大地阻礙了GO的進一步應用。氧化石墨能夠應用在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域。制造氧化石墨納米材料

RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎上，研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上，而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原，制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下，***實現了從可見光(532nm)到太赫茲波(2.52THz，118.8mm)的超寬譜光探測。在所有波段中，探測器對10.6mm的長波紅外具有比較高的光響應率可達9mA/W。烏蘭察布開發氧化石墨氧化石墨是由牛津大學的化學家本杰明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法制得。

利用化學交聯和物理手段調控氧化石墨烯基膜片上的褶皺和片層間的距離是制備石墨烯基納濾膜的主要手段。由于氧化石墨烯片層間隙距離小，Jin等24利用真空過濾法在石墨烯片層間加入單壁碳納米管（SWCNT），氧化石墨烯片層間的距離明顯增加，水通量可達到6600-7200L/（m2.h.MPa），大約是傳統納濾膜水通量的100倍，對于染料的截留率達到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽濾GO分散液制備微米級厚度層狀GO薄膜的滲透作用。通過一系列實驗表明，GO膜在干燥狀態下是真空壓實的，但作為分子篩浸入水中后，能夠阻擋所有水合半徑大于0.45nm的離子，半徑小于0.45nm的離子滲透速率比自由擴散高出數千倍，且這種行為是由納米毛細管網絡引起的。異常快速滲透歸因于毛細管樣高壓作用于石墨烯毛細管內部的離子。GO薄膜的這一特性在膜分離領域具有非常重要的應用價值。

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制中對***的影響也是不同的，機械破壞和磷脂分子抽提理論表明尺寸越大的GO，能表現出更好的***能力，而氧化應激理論則認為GO尺寸越小，其***效果越好。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。

由于GO表面具有較高的親和力，蛋白質可以吸附在GO表面，因此在生物液體中可以通過蛋白質來調節GO與細胞膜的相互作用。如，血液中存在著大量的血清蛋白，可能會潛在的影響GO的毒性。Ge與其合作者[16]利用電子顯微鏡技術就觀察到牛血清蛋白可以降低GO對細胞膜的滲透性，抑制了GO對細胞膜的破壞，同時降低了GO的細胞毒性。基于分子動力學研究分析，他們推斷可能是由于GO-蛋白質之間的作用削弱了GO-磷脂之間的相互作用。與此同時，GO對人血清蛋白的影響也被其他科研工作者所發現，特別是他們觀察到了GO可以抑制人血清蛋白與膽紅素之間的作用。因此，GO與血清蛋白之間是相互影響的。氧化石墨是一種碳、氧數量之比介于2.1到2.9之間黃色固體，并仍然保留石墨的層狀結構，但結構更復雜。進口氧化石墨改性

氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結構，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。制造氧化石墨納米材料

配體交換作用即：氧化石墨烯上原有的配位體被溶液中的金屬離子所取代，并以配位鍵的形式生成不溶于水的配合物，**終通過簡單的過濾即可從溶液中去除。Tang等47對Fe與GO（質量比為1：7.5）復合及Fe與Mn（摩爾比為3∶1）復合的氧化石墨烯/鐵-錳復合材料（GO/Fe-Mn）進行了吸附研究，通過一系列的實驗表明，氧化石墨烯對Hg2+的吸附機理主要是配體交換作用，其比較大吸附量達到32.9mg/g。Hg2+可在水環境中形成Hg(OH)2，與鐵錳氧化物中的活性點位（如-OH）發生配體交換作用，從而將Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/鐵-錳復合材料上，達到去除水環境中Hg2+的目的。氧化石墨烯經一定功能化處理后可發揮更大的性能優勢，例如大比表面積、高敏感度和高選擇性等，這些特性對于氧化石墨烯作為吸附劑吸附水環境中的金屬離子有著重要的作用。制造氧化石墨納米材料