氧化石墨烯的制备方法及应用研究进展_魏红敏

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1、长江大学学报（自然科学版）２０１５年５月第１２卷第１５期（农学下旬刊）·５８·ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｙ２０１５，Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．１５［引著格式］魏红敏，田志宏．氧化石墨烯的制备方法及应用研究进展［Ｊ］．长江大学学报（自科版），２０１５，１２（１５）：５８～６２．氧化石墨烯的制备方法及应用研究进展魏红敏，田志宏（长江大学生命科学学院，湖北荆州４３４０２５）［摘要］简要介绍了氧化石墨烯（ＧＯ）的制备方法和性质，详细介绍了其在生物医药、生物环境和能源等方面的应用研究，并对氧化石墨烯（

2、ＧＯ）的应用前景进行了展望。［关键词］氧化石墨烯（ＧＯ）；性质；制备方法；应用［中图分类号］Ｏ７９９［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７３－１４０９（２０１５）１５－００５８－０５１石墨烯的发现及其衍生物氧化石墨烯［１］自从２００４年英国曼切斯特大学的物理学教授安德烈·盖姆（ＡｎｄｒｅＧｅｉｍ）等用机械玻璃法成功得到了单层石墨烯（ｇｒｅｐｈｅｎｅ）晶体，在科学界引起了巨大的反响，对石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ）及其衍生物［２，３］的研究成为了科学研究的热点。石墨烯具有新颖的物理化学特性，它可以折叠成零维的富勒烯，卷［４］曲３６０°形成一维的碳纳米管，叠加成三维的石

3、墨。而氧化石墨烯（ＧＯ）是石墨粉经强氧化后再加水分解得到的，是石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ）的重要衍生物之一。２氧化石墨烯（ＧＯ）的性质及制备方法２．１氧化石墨烯（ＧＯ）的性质由于ＧＯ具有与石墨烯（ｇｒｅｐｈｅｎｅ）基本相似的结构，因此ＧＯ具备了与石墨烯相似的特点，比如［５，６］光热转换性能、电学性质、光学性质。从成分分析，ＧＯ是在石墨烯的结构基础上，通过化学方法［７］引入了丰富的含氧官能团，使得其表面含有羟基（－ＯＨ）、环氧基，边缘有羧基（－ＣＯＯＨ），这些亲水性基团使得ＧＯ具有良好的水溶性，这些官能团为连接各种有机小分子、高分子、生物大分子及其他［８～１０］

4、功能基团提供了大量活性位点，所以ＧＯ具有很好的生物相容性。ＧＯ的这些性质为实验研究提供了良好的条件。２．２氧化石墨烯（ＧＯ）的制备方法ＧＯ的制备是利用超声、长时间搅拌或高速离心等方法，将氧化石墨（ｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ）剥离而得［１１］［１２］［１３，１４］到。目前常用的制备氧化石墨的方法主要有Ｂｒｏｄｉｅ法、Ｓｔａｕｄｅｍｎａｉｅｒ法和Ｈｕｍｍｅｒｓ法。早在１８５９年，英国科学家Ｂｏｒｄｉｅ利用发烟硝酸处理鳞片石墨，然后加入高氯酸钾作为氧化剂对鳞片石墨进行再次氧化而制备出了氧化石墨。１８９９年，Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ用发烟硝酸和浓硫酸的混合酸对石墨进

5、行处理，仍然是以ＫＣｌＯ３为氧化剂再次氧化制备得到了更高氧化程度的氧化石墨。而Ｈｕｍｍｅｒ采用了交替氧化的方法，以浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾作为强氧化剂进行制备得到氧化石墨。这３种方法的原理均为先采用强酸处理石墨，待形成石墨层间化合物后，再加入强氧化剂。其中，产物的氧化程度可以通过反应时间调节控制，可以通过产物中Ｃ、Ｏ原子比进行衡量。虽然Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ法和Ｂｒｏｄｉｅ法的氧化程度比Ｈｕｍｍｅｒｓ法要高，但是反应过程中会生成ＣｌＯ２、ＮＯ２等有害气体，且相对较长的反应时间［收稿日期］２０１５－０３－３１［基金项目］科技部农业科技成果转化资金项目（２００

6、９ＧＢ２Ｄ１００２３５）。［作者简介］魏红敏（１９８９－），女，硕士生，研究方向为植物生物技术。通信作者：田志宏，ｚｈｔｉａｎ＠ｙａｎｇｔｚｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。第１２卷第１５期魏红敏等：氧化石墨烯的制备方法及应用研究进展·５９·产生的消耗更大，因此Ｈｕｍｍｅｒｓ法为化学法制备ＧＯ最常见的方法。现在很多制备氧化石墨的新方法大多是在其基础上稍作调整而得的。３氧化石墨烯（ＧＯ）的研究现状及应用ＧＯ在水中具有很好的溶解性，并且它的生物相容性和没有明显的毒性扩大了其在各个领域上的应用，尤其是在医药载体、生物传感器、环境保护和能源领域方面广泛应用。３．１生物医学近１０年

7、来，以纳米粒子为基础的药物载体和运输系统已广泛研究应用于治疗癌症等疾病中。尤其是近几年来，由于单层的石墨烯或者ＧＯ具有较高的比表面积、较高的药物负载量等特点，因此许多研究人员已开始将探索方向转向以石墨烯或者ＧＯ为基础的药物载体和输送系统的研究。３．１．１药物载体与传输ＧＯ具有单原子层结构，其表面积很大，且２个基面都可以吸附药物，因此非常适合用作药物载［１５］［１６］体，Ｄａｉ等首次开发了一种纳米尺度的ＧＯ作为新型有效的纳米载体，将芳香族非水溶性的抗癌［１７］药物输送到细胞内部。Ｚｈａｎｇ等通过共价交联的方法将叶酸分子（ＦＡ）和磺酸基团（ＳＯ３Ｈ）修饰到羧基化

8、的氧化石墨稀表面上，将２种化学药物链霉素（ＤＯＸ）和