[發明專利]石墨烯-杯[4]芳烴-金納米粒子三元納米復合材料的制備及其應用

無效

• 申請號: 201310499391.1
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103521759A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 周君;戴寶江;黃艷芳;李俠;劉志軍
• 申請（專利權）人: 南通職業大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;G01N27/48;B82Y40/00
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技術領域

本發明具體涉及石墨烯-杯[4]芳烴-金納米粒子三元納米復合材料的制備方法及其對亞甲基藍電化學檢測的應用。

背景技術

任何新一代擁有迷人性質的大環主體化合物的到來都能加速超分子化學的發展，并且能為材料科學開辟一條新的途徑。大環主體超分子化合物諸如冠醚、環糊精、瓜環、杯芳烴等，由于其寬廣范圍的應用已經引起科研工作者的極大關注。杯芳烴是繼環糊精和冠醚之后的第三代主體超分子化合物，由于他們能與各種有機、無機及生物客體分子形成主客體包合物，所以引起了科學家們極大的研究興趣。尤其是，根據杯芳烴強有力的識別和富集功能，杯芳烴疏水性空腔能識別目標分子已經被發展作為各種傳感器和分離基質。然而，由于大多數杯芳烴是不溶于水的，所以杯芳烴的應用通常是在甲苯等有機溶劑中進行，這就給環境帶來污染。因此，雙親性杯芳烴顯得尤為重要。雙親杯[4]芳烴是一種新型杯芳烴化合物，一個雙親杯[4]芳烴分子含有四個苯環結構，其上沿是帶八個胺基頭的鏈，下沿是八個烷基鏈。從結構可知，雙親杯[4]芳烴分子是含有八個親水鏈，也含有八個可以與貴金屬納米粒子絡合的胺基，所以雙親杯[4]芳烴分子修飾到石墨烯表面不僅可以增加石墨烯的水分散性，而且可以實現貴金屬納米粒子的自主裝到石墨烯表面。

石墨烯(Graphene：GN)為單原子層二維結構，由6個碳原子通過sp²雜化形成的六邊形環構成蜂巢狀結構。2004年由曼徹斯特大學Geim領導的研究小組采用微機械剝離法(micro-mechanical?cleavage)制備出了單層的石墨烯，Geim因此也獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。由于石墨烯是一種擁有優良的機械性能、高的表面積、迷人的電子性能的新型材料，所以，石墨烯非常適合于開發高性能的復合材料。近來，用石墨烯做催化材料的載體越來越為人們所關注，將金屬納米粒子分散到石墨烯納米片表面就可以制得新型石墨烯/金屬納米復合材料，目前對該類復合物的研究主要集中在用貴金屬等功能性金屬納米粒子修飾石墨烯，這不僅可以得到比金屬本身性能更加優越的復合材料，顯示出潛在應用價值，而且可以減少貴金屬的消耗，具有很大的經濟價值。因此，許多科學家展開了石墨烯上負載貴金屬納米粒子的研究工作。

雖然，石墨烯上負載貴金屬納米粒子已經取得了巨大的進步。但是，在下面三個方面仍然存在巨大的挑戰：一、由于石墨烯是疏水的，所以石墨烯上負載貴金屬納米粒子很難在水體系中實現，因此，制備水分散性石墨烯仍然是非常必要、也是世界難題。這主要是由于石墨烯片層之間存在π-π的相互作用，使得石墨烯在水中容易形成不可逆的團聚，這就嚴重限制了石墨烯在水體系中的應用。而在其他有機溶劑中(二氯甲烷，DMF等)進行石墨烯的功能化又會帶來環境的污染。因此，促進石墨烯水溶性的功能化顯得尤其重要。二、貴金屬納米粒子在石墨烯表面的分散均勻性仍然是一個嚴峻的問題。三、將貴金屬納米粒子修飾到石墨烯表面最常用的方法之一是自組裝的方法。這種方法采用一種媒介交聯劑預先修飾到石墨烯表面，然后將金屬納米粒子自組裝到石墨烯表面。迄今為止，各種類型的分子已經被用作交聯劑制備了石墨烯-貴金屬納米粒子復合材料，但是這些交聯劑有的不溶于水，例如十八烷胺octadecylamine，所以整個復合材料制備過程必須在有機溶劑中進行，相應的就給環境帶來污染。同時，這樣的交聯劑也不能給石墨烯帶來促進的或新的功能。

所以，我們期望找到一種恰當的交聯劑，將其修飾到石墨烯GN表面，貴金屬納米粒子自組裝到交聯劑修飾的石墨烯表面，制備石墨烯-交聯劑-貴金屬納米粒子復合材料的過程能夠克服以上提到的技術難題。在此，我們用一種新型大環化合物雙親杯[4]芳烴T作為交聯劑，去制備石墨烯-杯[4]芳烴-金納米粒子(GN-T-AuNPs)復合材料。用T為交聯劑制備GN-T-AuNPs復合材料成功地解決了上面三個問題：一、制備了水分散性石墨烯，雙親性的T修飾到石墨烯表面后，促進了石墨烯的分散性，得到的GN-T能夠分散在水中，為石墨烯在水體系的進一步功能化和應用提供了可能。二、將AuNPs自組裝到GN-T表面后，AuNPs能夠均勻的分散在石墨烯表面。三、T會給石墨烯或GN-T-AuNPs復合材料帶來新的功能或促進的功能。這是由于T修飾到石墨烯表面后不僅促進了石墨烯的水分散性，而且，由于T具有超分子識別與富集能力，所以，在應用過程中，T會給GN-T-AuNPs帶來超分子識別與富集功能。