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富氫水是氧化石墨烯的綠色還原劑嗎?

發布時間:2017-08-26 瀏覽次數:次 字號:  【關閉】
富氫水近年來一直被廣泛關注,特別是在還原性物質方面上,富氫水是氧化石墨烯的綠色還原劑嗎?最近一篇用富氫水作為石墨烯材料制備方法的研究在《國際氫能源雜志》上發表。文章來自伊朗,到底是否可靠,仍需要更多研究驗證。
  2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈-海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫成功的從石墨中分離出石墨烯。2010年獲得諾貝爾物理學獎后,世界掀起了研究石墨烯的熱潮。石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種炭質新材料,這種石墨烯晶體薄膜的厚度只有0.335nm,是頭發直徑的20萬分之一,是目前已知的世界上強度最高的材料,是構建其它維數炭質材料的基本單元,具有極好的結晶性和電化學性能。石墨烯的制備手段通常可以分為化學方法制備石墨烯和物理方法,化學法中的氧化石墨還原法是目前制備石墨烯最熱門的方法。經過強氧化劑完全氧化過的石墨不一定能夠完全還原,導致其一些物理、化學等性能降低,但是這種方法簡便且成本較低,可以制備大批量的石墨烯。富氫水
近年隨著石墨烯需求量的增加,人們開始重視發展更具有環境友好型的石墨烯生產技術,目前最流行的石墨烯規模化制備方法是水合肼還原氧化石墨烯化學法,是康斯坦丁諾沃肖洛夫2007年建立的方法。氧化石墨烯和還原石墨烯納米材料在生物醫學如抗菌、抗病毒、癌癥靶向治療、成像、分子診斷、基因修改、干細胞組織工程和神經再生等多方面有廣泛應用。石墨烯的廣泛應用主要是因為容易在水溶液中分散、容易進行功能化改造、理想的金屬氧化物半導材料結合能力等。氧化石墨烯用強還原劑水合肼處理是最常用的方法。但是這種還原劑對生物體具有很大毒性,容易導致環境污染。另外水合肼處理會出現sp3 CeN鍵,不能完全將石墨烯還原成為sp2雜交結構,sp3 CeN鍵結構會顯著干擾石墨烯的電子運動性能。因此許多科學家希望尋找能代替水合肼的綠色石墨烯還原劑。例如有學者曾經嘗試用細菌視紫紅質、維生素C、褪黑素、糖、綠茶多酚、牛血清白蛋白、人參提取物、谷胱甘肽和細菌等。另外對光還原、低溫脫水、催化劑等手段也都進行了嘗試。
  最近氫水的抗氧化抗細胞凋亡和抗炎癥作用在生物醫學領域受到極大關注,研究發現氫水能保護細胞、組織和器官氧化損傷,能幫助恢復功能。雖然氫水在生物醫學上有大量研究,但是在處理石墨烯方面沒有任何報道。最新研究使用富氫水作為氧化石墨烯的還原劑,并于經典的水合肼方法進行比較,研究取得了成功,作者認為氫水或許能取得水合肼作為石墨烯制備的綠色環保技術。
  最新研究發現富氫水是氧化石墨烯的綠色還原劑。水合肼還原是氧化石墨烯化學法制備石墨烯的最流行制備方法,最新研究使用X線光電譜法發現,富氫水作為還原劑制備石墨烯能與水合肼相比美。富氫水還原氧化石墨烯的氧碳比(O/C)可以從0.51降低到0.21,與水合肼還原氧化石墨烯的氧碳比(O/C)降低到0.16非常接近。更重要的是,CeN鍵形成是水合肼還原氧化石墨烯法的一種副產物,用富氫水還原氧化石墨烯不會有CeN鍵形成。使用拉曼光譜分析結果表明,富氫水還原法的石墨烯結構恢復效果更理想。雖然富氫水對氧化石墨烯還原效率比水合肼稍差,但是因為不會產生CeN鍵,從而可以獲得更理想導電性的石墨烯材料,電阻范圍為從~6.3´1010迅速下降到7.2´105WU/sq,典型的水合肼還原氧化石墨烯電阻為~4.4´105WU/sq。這些結果說明,富氫水作為一種氧化石墨烯的環境友好型綠色還原劑可以取代水合肼。
  這一研究屬于化學和物理領域的研究,本人無法進行深入評論,但一些物理學領域的朋友對此結果表示懷疑。不過懷疑也需要更多證據,就這個研究來說,似乎不需要非常復雜的條件。如果這一現象確認,也能排除我們對氫氣還原能力的擔憂,另外也給醫學研究提供了非常好的模式借鑒。
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