氧化石墨烯的简介PPT课件
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石墨烯由于其突出的导热性、室温高速载流子迁移率、 透光性和力学性能等，同时具有完美的量子隧道效应、半整 数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质，受到 了世界各界的广泛关注，也成为科研领域的新兴宠儿。
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氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物，它是一 种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富 的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及 无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景，因为成为研究 的又一重点。
冲。其为拟肾上腺素药，具有增加肾血流量、兴奋心脏的功 能，用于治疗神经紊乱、高血压、支气管哮喘、先天性心血 性及感染性休克等疾病。
建立快速、准确、灵敏的分析方法测定多巴胺的浓度对 于生理功能研究、疾病诊断以及临床应用等方面均有重要的 意义。
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将分子印迹技术和硼酸化两者相结合，在氧化石墨烯材 料表面进行硼酸类化合物的功能化，然后在此材料表面进行 分子印迹，从而制备基于硼酸化的氧化石墨烯复合材料，该 复合材料对多巴胺具有分子印迹和硼酸化的双识别效果，将 此复合材料作为电化学传感探针实现多巴胺的双识别检测， 从而达到高选择性、高灵敏度地测定多巴胺。
3、Hummers法 采用浓H2S04加NaN03体系，以KMnO4为氧化剂，傅玲等
将反应过程可分低温((4℃以下)、中温(35℃左右)和高温 ((98℃以下)反应三个阶段。该法的优点是用KMnO4;代替 KC103，提高了实验的安全性，减少了有毒气体的产生。同 时该方法所需的氧化时间较短，产物的氧化程度较高，产物 的结构较规整且易于在水中发生溶胀而层离。
除了蛋白质、核酸、葡萄糖等生物分子的检测，基于氧化 石墨稀的传感器亦可被用作燃料分子的催化分解以及TNT、Pb2+、 Cd2+等有害化学物质的检测，为减少环境问题出一份力。
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11
曾延波等人构筑了基于硼酸化氧化石墨烯的分子印迹电 化学传感器，研究其对多巴胺分子的双识别作用。
分子印迹技术
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• 多巴胺 多巴胺是一种神经传导物质，可以用来帮助细胞传送脉
氧化石墨烯的结构及应用
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1
主要内容
背景介绍
氧化石墨烯的分子结构
氧化石墨烯的制备方法
氧化石墨烯的性质和应用
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2
一、背景介绍
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆和康 斯坦丁•诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出一层碳原子构成 的石墨烯，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共 同获得2010年诺贝尔物理学奖。
2、Staudenmaier法 采用浓H2S04体系，和发烟HN03混合酸对石墨粉处理，
以KC103为氧化剂，反应体系的温度一直维持在0℃。氧化程 度随反应时间的增加而增加，可通过控制反应时间来控制石 墨烯的最终氧化程度。一般氧化程度较低，需进行多次氧化 处理，GO碳层破坏严重。
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三、氧化石墨烯的制备方法
.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
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9
三、氧化石墨烯的制备方法
4、其他制备方法
MatsuoY采用电化学方法，将石墨投入强酸中，以Hg/ HgSO4为电极，电解氧化后投入水中，干燥后得到氧化石墨 烯。Daniela C. Marcano等以KMnO4和9:1(体积比)的 H2SO4/ H3PO4为氧化剂， 采用不加入NaNO3的方法也制备出
氧化石墨烯较高的比表面积和大范围的共辄结构使其在 载药方面有一定的潜在应用价值。Dai等使用接枝了六臂PEG 的纳米级氧化石墨烯(平均尺寸<50nm)负载了非水溶性的抗 癌药物SN38，其在PBS中有很好的分散稳定性，体外细胞实 验显示，载体GO-PEG即使在浓度高达100 mg/L时也无明显的 细胞毒性，而载药体系则对癌细胞有明显的杀伤作用，显示 其用作抗癌药物载体的潜力。
反应体系的温度需先维持在0 ℃，然后，不断搅拌反应2024h。洗涤后获得的氧化石墨的氧化程度较低，需进行多次 氧化处理以提高氧化程度，反应时间相对较长。该法的优点 是其氧化程度可利用氧化时间进行控制，合成的氧化石墨结 构比较规整。但因采用KC103作氧化剂，有一定的危险性。
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三、氧化石墨烯的制备方法
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4
二、氧化石墨烯的分子结构
石墨被强氧化剂氧化，氧原子进入到石墨层间，结合л 电子，使层面内的二键断裂，并以C=O, C-OH, -COOH等官能 团与密实的碳网面中的碳原子结合，形成共价键型石墨层间 化合物。
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三、氧化石墨烯的制备方法
1、Brodie法 1898年，Brodie采用发烟HNO3体系，以KC103为氧化剂，
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四、氧化石墨烯的性质和应用
2、改性聚合物材料
除了电学性能优异外, 氧化石墨烯的拉伸模量(1.01TPa) 和极限强度( 116 GPa)与单壁碳纳米管( SWd CNT ) 相当, 其 质量轻, 导热性好( ~ 3000W /(m•K ) )，且比表面积大 ( 2600m2 /g )。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比, 氧化石墨 烯价格低廉, 原料易得, 有望成为聚合物纳米复合材料的优质 填料。近年来, Ruoff等用化学方法相继研制出氧化石墨烯/聚 合物导电纳米复合材料和无支撑的氧化石墨烯纸 , 掀起了氧化
石墨烯应用研究的热潮。
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聚苯并咪唑通常作为高温结构胶粘剂，在航空航天中有 较好的应用前景，为了进一步提高它的性能，有人尝试将各 种无机填料加入到聚合物中，但效果不甚理想。
Wang Yan等用溶液交换法制备出氧化石墨烯 /聚苯并咪 唑复合材料。
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四、氧化石墨烯的性质和应用
3、生物医药方面的应用
氧化石墨烯，该方法提高了氧化过程的有效性，所得产物亲 水性增强，反应过程不产生有毒气体，环境污染小，反应温 度容易控制。Shen Jianfeng等用过氧化苯甲酰为氧化剂， 快速制备出氧化石墨烯，缩短了制备时间。
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四、氧化石墨烯的性质和应用
1、分析检测领域
中国科学院上海应用物理研究所发现将氧化石墨烯应用于 PCR技术中，可显著提高PCR的特异性、灵敏度和扩增产量，并 可消除扩增中形成的引物二聚体，且优化区间广，可广泛适用 于各种浓度和复杂程度的DNA模板。与其他已应用于PCR技术中 的碳纳米材料相比，氧化石墨烯对PCR的优化具有更加优异的综 合效果。
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氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化后的产物，它是一 种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富 的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及 无机物类复合材料更是具有广泛的应用前景，因为成为研究 的又一重点。
冲。其为拟肾上腺素药，具有增加肾血流量、兴奋心脏的功 能，用于治疗神经紊乱、高血压、支气管哮喘、先天性心血 性及感染性休克等疾病。
建立快速、准确、灵敏的分析方法测定多巴胺的浓度对 于生理功能研究、疾病诊断以及临床应用等方面均有重要的 意义。
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将分子印迹技术和硼酸化两者相结合，在氧化石墨烯材 料表面进行硼酸类化合物的功能化，然后在此材料表面进行 分子印迹，从而制备基于硼酸化的氧化石墨烯复合材料，该 复合材料对多巴胺具有分子印迹和硼酸化的双识别效果，将 此复合材料作为电化学传感探针实现多巴胺的双识别检测， 从而达到高选择性、高灵敏度地测定多巴胺。
3、Hummers法 采用浓H2S04加NaN03体系，以KMnO4为氧化剂，傅玲等
将反应过程可分低温((4℃以下)、中温(35℃左右)和高温 ((98℃以下)反应三个阶段。该法的优点是用KMnO4;代替 KC103，提高了实验的安全性，减少了有毒气体的产生。同 时该方法所需的氧化时间较短，产物的氧化程度较高，产物 的结构较规整且易于在水中发生溶胀而层离。
除了蛋白质、核酸、葡萄糖等生物分子的检测，基于氧化 石墨稀的传感器亦可被用作燃料分子的催化分解以及TNT、Pb2+、 Cd2+等有害化学物质的检测，为减少环境问题出一份力。
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曾延波等人构筑了基于硼酸化氧化石墨烯的分子印迹电 化学传感器，研究其对多巴胺分子的双识别作用。
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• 多巴胺 多巴胺是一种神经传导物质，可以用来帮助细胞传送脉
氧化石墨烯的结构及应用
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背景介绍
氧化石墨烯的分子结构
氧化石墨烯的制备方法
氧化石墨烯的性质和应用
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一、背景介绍
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆和康 斯坦丁•诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出一层碳原子构成 的石墨烯，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共 同获得2010年诺贝尔物理学奖。
2、Staudenmaier法 采用浓H2S04体系，和发烟HN03混合酸对石墨粉处理，
以KC103为氧化剂，反应体系的温度一直维持在0℃。氧化程 度随反应时间的增加而增加，可通过控制反应时间来控制石 墨烯的最终氧化程度。一般氧化程度较低，需进行多次氧化 处理，GO碳层破坏严重。
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三、氧化石墨烯的制备方法
.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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三、氧化石墨烯的制备方法
4、其他制备方法
MatsuoY采用电化学方法，将石墨投入强酸中，以Hg/ HgSO4为电极，电解氧化后投入水中，干燥后得到氧化石墨 烯。Daniela C. Marcano等以KMnO4和9:1(体积比)的 H2SO4/ H3PO4为氧化剂， 采用不加入NaNO3的方法也制备出
氧化石墨烯较高的比表面积和大范围的共辄结构使其在 载药方面有一定的潜在应用价值。Dai等使用接枝了六臂PEG 的纳米级氧化石墨烯(平均尺寸<50nm)负载了非水溶性的抗 癌药物SN38，其在PBS中有很好的分散稳定性，体外细胞实 验显示，载体GO-PEG即使在浓度高达100 mg/L时也无明显的 细胞毒性，而载药体系则对癌细胞有明显的杀伤作用，显示 其用作抗癌药物载体的潜力。
反应体系的温度需先维持在0 ℃，然后，不断搅拌反应2024h。洗涤后获得的氧化石墨的氧化程度较低，需进行多次 氧化处理以提高氧化程度，反应时间相对较长。该法的优点 是其氧化程度可利用氧化时间进行控制，合成的氧化石墨结 构比较规整。但因采用KC103作氧化剂，有一定的危险性。
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三、氧化石墨烯的制备方法
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二、氧化石墨烯的分子结构
石墨被强氧化剂氧化，氧原子进入到石墨层间，结合л 电子，使层面内的二键断裂，并以C=O, C-OH, -COOH等官能 团与密实的碳网面中的碳原子结合，形成共价键型石墨层间 化合物。
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三、氧化石墨烯的制备方法
1、Brodie法 1898年，Brodie采用发烟HNO3体系，以KC103为氧化剂，
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四、氧化石墨烯的性质和应用
2、改性聚合物材料
除了电学性能优异外, 氧化石墨烯的拉伸模量(1.01TPa) 和极限强度( 116 GPa)与单壁碳纳米管( SWd CNT ) 相当, 其 质量轻, 导热性好( ~ 3000W /(m•K ) )，且比表面积大 ( 2600m2 /g )。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比, 氧化石墨 烯价格低廉, 原料易得, 有望成为聚合物纳米复合材料的优质 填料。近年来, Ruoff等用化学方法相继研制出氧化石墨烯/聚 合物导电纳米复合材料和无支撑的氧化石墨烯纸 , 掀起了氧化
石墨烯应用研究的热潮。
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聚苯并咪唑通常作为高温结构胶粘剂，在航空航天中有 较好的应用前景，为了进一步提高它的性能，有人尝试将各 种无机填料加入到聚合物中，但效果不甚理想。
Wang Yan等用溶液交换法制备出氧化石墨烯 /聚苯并咪 唑复合材料。
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四、氧化石墨烯的性质和应用
3、生物医药方面的应用
氧化石墨烯，该方法提高了氧化过程的有效性，所得产物亲 水性增强，反应过程不产生有毒气体，环境污染小，反应温 度容易控制。Shen Jianfeng等用过氧化苯甲酰为氧化剂， 快速制备出氧化石墨烯，缩短了制备时间。
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四、氧化石墨烯的性质和应用
1、分析检测领域
中国科学院上海应用物理研究所发现将氧化石墨烯应用于 PCR技术中，可显著提高PCR的特异性、灵敏度和扩增产量，并 可消除扩增中形成的引物二聚体，且优化区间广，可广泛适用 于各种浓度和复杂程度的DNA模板。与其他已应用于PCR技术中 的碳纳米材料相比，氧化石墨烯对PCR的优化具有更加优异的综 合效果。