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​氧化石墨烯基复合膜材料的制备方法、应用开发及前景

来源:石油化工高等学校学报 浏览 119 次 发布时间:2024-06-18

氧化石墨烯因其特殊的物理和化学性质成为近年来研究的热门材料,有关氧化石墨烯基复合薄膜材料的制备、功能化及应用成为当下的前沿和热门课题。


Langmuir-Blodgett(LB)技术可制备具有可控堆叠和厚度的高质量薄膜,已被用于生产在分子水平上组织的材料。静电纺丝技术被认为是一种可连续不断地制造聚合物微纤维/纳米纤维的简单而通用的技术,层层组装法、溶液涂覆法等也是制备薄膜的常用技术。本文主要综述了较为热门的GO基复合LB膜、GO基静电纺丝膜以及通过其他途径制备的GO基复合膜材料的制备方法和应用开发,并对其应用前景和面临的挑战进行了总结与展望。


主要研究内容及结论


石墨烯作为一种新型二维超薄碳材料,易于吸附分子,是天然的衬底。当某些分子吸附在石墨烯表面时,分子的拉曼信号会得到明显的增强,这种拉曼增强效应被称为石墨烯增强拉曼散射效应(GERS)。X.LING等为了进一步证实GERS中的化学增强机制,使用LB技术构建了原卟啉Ⅸ(PPP)的单层或多层有序聚集体以及与石墨烯接触的PPP的可控分子构型(见图1)。

图1样品制备过程示意图


D.D.KULKARNI等为了最大限度地减少GO片的折叠和起皱,提出可用LB技术代替常规吸附和自旋铸造(见图2)。当使用LB技术沉积时,GO片因其柔性而产生的折叠和褶皱基本上可以最小化。由单层大横向尺寸的平面GO片组成的纳米级多层纳米膜,具有出色的机械坚固性,易于操作和转移到合适的衬底上,从而进一步与微机电设备集成。

图2独立GO‐LbL膜的制作和组装示意图


此外,将经典两亲分子的Langmuir单层与酶结合是保持生物大分子催化性能的一种方式。F.A.SCHLL等研究了磷脂LB膜固定化青霉素酶(PEN),将GO加入青霉素酶‐脂质Langmuir单层膜中,并作为LB膜转移到固体载体上,评估了酶的催化性能(见图3)。结果表明,GO作为由2,2‐二羟甲基丙酸(DMPA)和PEN组成的LB膜的添加剂,被固定在LB膜的PEN中;GO存在于酶脂LB膜中,不仅可以调节青霉素酶的催化活性,而且有助于数周后仍保持其酶活性。研究结果加强了混合纳米结构薄膜的重要性,证明了使用由脂质、GO和酶组成的LB膜应用于光学生物传感器的可行性,对应用传感器的生物电子设备研究具有重要意义。

图3磷脂LB膜固定化青霉素酶原理图


结论和展望


目前,GO薄膜的制备已趋向成熟,GO基复合膜相关的制备技术与应用也取得了很大的进展。然而,目前的组装方法存在一定的局限性,如GO筛选合适的官能团制备高效的GO基复合薄膜的方法,有机小分子在组装过程中破坏石墨烯结构而影响应用范围,此类问题有待进一步探究。这些问题使GO基复合膜的多功能化遇到了挑战,因此寻找并开发更优异、更高效的组装方法十分必要。总体而言,GO的特殊结构和性质使其具有重大的科学研究价值和广阔的应用前景。


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