[发明专利]一种原位组装、电化学还原及表征氧化石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学领域，特别涉及一种用于氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)组装及还原程度检测的表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技术。

背景技术

石墨烯是2004年发现并迅速发展的一种新型材料，广泛应用于医药、生物、化学、电子、物理等领域。化学法制备的石墨烯是将GO还原为石墨烯(RGO)，目前，用于检测GO是否还原的方法主要是拉曼光谱法(Raman spectra)、X射线光电子能谱分析(XPS)及原子力显微镜分析(AFM)，但是，以上表征手段存在较大误差，并且，检测氧化石墨烯的组装过程和氧化石墨烯的还原程度无法精确定量及原位的表征。所以，需要一种新的方法监测氧化石墨烯的组装过程以及原位表征氧化石墨烯的还原程度。

SPR是金属表面的等离激元波耦合照射光产生的一种共振现象，金属薄膜表面介电常数和厚度的变化会影响SPR共振曲线的变化，从而实现金属表面介质环境变化的传感。目前主要用于医药、生物、化学、食品等领域的监测传感，可灵敏检测蛋白质，DNA等物质，具有实时、原位、免标记、灵敏度高等特点。

与本发明最相近的用于检测GO还原态的方法是拉曼光谱法及X射线光电子能谱分析等方法。拉曼光谱法是比较还原前后的D峰与G峰的强度比值或者积分面积比值，确定GO是否被还原；X射线光电子能谱分析法是利用比较分析还原前后C-C键、C-O键、C＝O键、C(O)O键的相对含量，确定GO是否被还原。

现有检测技术存在的主要问题是：(1)Raman光谱无法定量检测GO的还原程度，XPS检测结果存在较大误差，并且以上两种方法均无法原位检测GO还原程度。(2)原位组装、电化学还原及表征氧化石墨烯需要不同设备上完成，导致样品容易受到污染，检测准确性低，操作繁琐。现有技术不能够原位监测氧化石墨烯的组装情况，这是需要应用其他仪器监测的，因而无法只使用一种仪器实现氧化石墨烯组装及检测还原程度，所以无法定量比较还原程度的大小。

事实上，测试GO的组装过程及还原程度主要是测定其还原前后的参数变化，经过对比还原前后GO的参数可以确定GO是否被还原。然而，受测试仪器及样品污染等因素的影响，无法依次原位地检测GO的组装和还原，而且结果存在很大误差，难以满足科研和实际应用的检测要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，应用表面等离激元共振(SPR)技术，原位监测化学法制备的氧化石墨烯在金膜表面组装过程，并且原位定量检测氧化石墨烯的不同还原程度。

表面等离激元共振技术是，以波长为632.8nm的激光，基于棱镜耦合方法激发厚度为50nm金膜表面的表面等离激元共振波，当发生表面等离激元共振时，入射光能量几乎全部被束缚在金膜表面形成SPR，接受器接收到的光强最小，形成共振峰，当金膜表面介质环境的介电常数和厚度发生变化时，共振峰的强度和位置发生变化，从而，根据研究共振峰的变化可以定量研究表面介质的变化情况。

本发明的主要内容：

第一、将氧化石墨溶于水中，通过超声剥离得到分散性良好的氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯溶液的浓度是0.01-10mg/ml；测试空气环境中传感芯片金膜表面的SPR曲线。

第二、利用SPR仪器检测氧化石墨烯溶液在金膜表面组装的动力学曲线(在SPR电化学样品池中加入去离子水，然后通入制备好的GO溶液，1-16小时后再通入去离子水冲掉未吸附的残余GO溶液)；用高纯氮气吹干传感芯片金膜表面，原位测试GO组装在金膜表面后的SPR曲线。

第三、在样品池中直接通入pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，进行电化学还原(电位范围：-1.6-0.0V，还原圈数：1-100圈)。然后，用去离子水冲洗和氮气吹干传感芯片金膜表面，测试电化学还原的氧化石墨烯(ERGO)在金膜表面的SPR曲线。

第四、利用SPR光谱拟合软件对以上过程得到的SPR曲线进行拟合，得到GO组装和还原后的厚度及介电常数，从而定量检测GO的还原程度。

第五、利用AFM、XPS及Raman光谱技术对氧化石墨烯还原前后金膜进行表征，证明实验结果的合理性。

本发明利用SPR技术，能够原位检测GO组装在金膜表面及监测组装过程，并且原位检测还原GO还原程度。通过分析SPR共振峰的变化，原位定量分析GO在金膜表面的组装情况以及GO被还原程度。结果表明，此方法确实可以解决目前GO还原程度原位检测难的问题。该检测方法简单、经济、高效，稳定，具有良好的应用前景。

附图说明