官能化氧化石墨納米材料

氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環(huán)氧基、羰基等親水性的活性基團，且片層間距較大，使得氧化石墨烯具有超大比表面積和***的離子交換能力。GO的結(jié)構(gòu)與水通蛋白相類似，而蛋白質(zhì)本身具有優(yōu)異的離子識別功能，由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸?shù)阮I(lǐng)域可能具有潛在的應用價值1-3。GO經(jīng)過超聲可以穩(wěn)定地分散在水中，再通過傳統(tǒng)成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后，GO微片可呈現(xiàn)肉眼可見的層狀薄膜堆疊，在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。除此之外，GO由于片層間存在較強的氫鍵，力學性能優(yōu)異，易脫離基底而**存在?；贕O薄膜制備方法簡單、成本低、高通透性和高選擇性等優(yōu)點，其在水凈化領(lǐng)域具有廣闊的應用空間。氧化石墨片層的邊緣包括羰基或羧基。官能化氧化石墨納米材料

工業(yè)化和城市化導致天然地表水體中的有毒化學品排放，其中包括酚類、油污、***、農(nóng)藥和腐植酸等有機物，這些污染物在制藥，石化，染料，農(nóng)藥等行業(yè)的廢水中***檢測到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物，如光催化，吸附和電解54-57。在這些方法中，由于吸附技術(shù)低成本，高效率和易于操作，遠遠優(yōu)于其他技術(shù)。與傳統(tǒng)的膜材料不同，GO作為碳質(zhì)材料與有機分子的相互作用機理差異很大。新的界面作用可在GO膜內(nèi)引入獨特的傳輸機制，導致更有效地從水中去除有機污染物。石墨烯和GO對有機物的吸附機理的研究表明，疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價鍵和靜電相互作用會影響石墨烯和GO對有機物的吸附能力。單層氧化石墨怎么用GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現(xiàn)出毒性數(shù)據(jù)的多樣性。

所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度（含氧量）、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現(xiàn)出毒性數(shù)據(jù)的多樣性，甚至結(jié)論相互矛盾[2-9]。此外，GO可能與毒性測試中的試劑相互作用，從而影響細胞活性試驗數(shù)據(jù)的有效性，使其產(chǎn)生假陽性結(jié)果。如：Macosko與其合作者[10]的研究發(fā)現(xiàn)，在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽（MTT）試劑與GO作用，GO的存在可以減少藍色產(chǎn)物的形成。因為在活細胞中，當MTT減少時就說明有同一種顏色產(chǎn)物的生成。因此，基于MTT法試驗未能體現(xiàn)出GO的細胞毒性。但是他們利用另一種水溶性的四唑基試劑——WST-8（臺酚藍除外），就能對活細胞和死細胞的數(shù)量進行精確的評估。

氧化應激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物，即活性氧。大量的實驗研究已經(jīng)確認細胞經(jīng)不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業(yè)化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關(guān)，還與GO的氧化程度[19]有關(guān)。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內(nèi)活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質(zhì)相當接近氧化石墨烯。

氧化石墨烯（GO）的光學性質(zhì)與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體，在可見光范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)近乎常數(shù)（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數(shù)要小一個數(shù)量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數(shù)是波長的函數(shù)，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數(shù)逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現(xiàn)出明顯的π-π*和n-π*躍遷，而且其強度會隨著含氧基團的出現(xiàn)而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應對其含氧基團的數(shù)量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達到2.3%這一石墨烯吸收率的上限。氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結(jié)構(gòu)，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。單層氧化石墨怎么用

靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產(chǎn)生的負電荷相關(guān)。官能化氧化石墨納米材料

GO膜在水處理中的分離機理尚存在諸多爭議。一種觀點認為通過尺寸篩分以及帶電的目標分離物與納米孔之間的靜電排斥機理實現(xiàn)分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構(gòu)成：1）氧化石墨烯分離膜中不規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認為干態(tài)下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。官能化氧化石墨納米材料