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?氧化石墨烯基復合膜材料的制備方法、應用開發及前景

來源:石油化工高等學校學報 瀏覽 322 次 發布時間:2023-06-18

 氧化石墨烯因其特殊的物理和化學性質成為近年來研究的熱門材料,有關氧化石墨烯基復合薄膜材料的制備、功能化及應用成為當下的前沿和熱門課題。


Langmuir-Blodgett(LB)技術可制備具有可控堆疊和厚度的高質量薄膜,已被用于生產在分子水平上組織的材料。靜電紡絲技術被認為是一種可連續不斷地制造聚合物微纖維/納米纖維的簡單而通用的技術,層層組裝法、溶液涂覆法等也是制備薄膜的常用技術。本文主要綜述了較為熱門的GO基復合LB膜、GO基靜電紡絲膜以及通過其他途徑制備的GO基復合膜材料的制備方法和應用開發,并對其應用前景和面臨的挑戰進行了總結與展望。


主要研究內容及結論


 石墨烯作為一種新型二維超薄碳材料,易于吸附分子,是天然的襯底。當某些分子吸附在石墨烯表面時,分子的拉曼信號會得到明顯的增強,這種拉曼增強效應被稱為石墨烯增強拉曼散射效應(GERS)。X.LING等為了進一步證實GERS中的化學增強機制,使用LB技術構建了原卟啉Ⅸ(PPP)的單層或多層有序聚集體以及與石墨烯接觸的PPP的可控分子構型(見圖1)。

圖1樣品制備過程示意圖


 D.D.KULKARNI等為了最大限度地減少GO片的折疊和起皺,提出可用LB技術代替常規吸附和自旋鑄造(見圖2)。當使用LB技術沉積時,GO片因其柔性而產生的折疊和褶皺基本上可以最小化。由單層大橫向尺寸的平面GO片組成的納米級多層納米膜,具有出色的機械堅固性,易于操作和轉移到合適的襯底上,從而進一步與微機電設備集成。

圖2獨立GO‐LbL膜的制作和組裝示意圖


 此外,將經典兩親分子的Langmuir單層與酶結合是保持生物大分子催化性能的一種方式。F.A.SCHLL等研究了磷脂LB膜固定化青霉素酶(PEN),將GO加入青霉素酶‐脂質Langmuir單層膜中,并作為LB膜轉移到固體載體上,評估了酶的催化性能(見圖3)。結果表明,GO作為由2,2‐二羥甲基丙酸(DMPA)和PEN組成的LB膜的添加劑,被固定在LB膜的PEN中;GO存在于酶脂LB膜中,不僅可以調節青霉素酶的催化活性,而且有助于數周后仍保持其酶活性。研究結果加強了混合納米結構薄膜的重要性,證明了使用由脂質、GO和酶組成的LB膜應用于光學生物傳感器的可行性,對應用傳感器的生物電子設備研究具有重要意義。

圖3磷脂LB膜固定化青霉素酶原理圖


結論和展望


 目前,GO薄膜的制備已趨向成熟,GO基復合膜相關的制備技術與應用也取得了很大的進展。然而,目前的組裝方法存在一定的局限性,如GO篩選合適的官能團制備高效的GO基復合薄膜的方法,有機小分子在組裝過程中破壞石墨烯結構而影響應用范圍,此類問題有待進一步探究。這些問題使GO基復合膜的多功能化遇到了挑戰,因此尋找并開發更優異、更高效的組裝方法十分必要。總體而言,GO的特殊結構和性質使其具有重大的科學研究價值和廣闊的應用前景。


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