Написати автору Зміна структури та стану поверхні оксиду графену за його відновлення та модифікування
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.02.179
Анотація
Метою поточного дослідження було встановити зміни структури та стану поверхні оксиду графену (GO) за умов його відновлення та модифікування гетероатомами азоту та амінокислотою. Відновлення GO проводилось гідратом гідразину (R-GO), допування атомами азоту - просоченням сечовиною та подальшою термообробкою (N-GO), а також поверхню GO модифікували сірковмісною амінокислотою – L-цистеїном нуклеофільним приєднанням (L‑GO). Отримані зразки були охарактеризовані аналітичними методам, такими як комбінаційне розсіяння світла (КРС), ІЧ-спектроскопія, ТПД-мас-спектрометрія, спектроскопія динамічного світлорозсіювання. Наявні КР спектри свідчать про дефектну структуру GO, відновлення GO призводить до більшого упорядкування структури по відношенню до GO, азотування та модифікування амінокислотою - до протилежного ефекту, незначного погіршення структурного стану. За результатами ІЧ-спектроскопії, підтверджених також ТПД-МС, GO має велику кількість функціональних поверхневих груп: (OH), (C=O), (C=C), (C-O-C), (CO-O-CO), (C‑H). Відновлення гідразином повністю гідрофобізує поверхню, в ІЧ-спектрах лишається лише пік при ~ 1040 см–1, що відповідає CO-O-CO коливанням, з істотно зниженою інтенсивністю, а також смуги при 2120 та 2300 см–1, які свідчать про ароматичну природу зразків й існують в усіх похідних GO. В азот- та сірковмісних зразках (L-GO) з’являється новий пік ~ 1520 см–1, що відповідає N-H коливанням в амінах. Сірковмісні похідні мають валентні коливання при 600 см–1, що найімовірніше відповідає S-H зв’язкам. Таким чином, модифікування GO призводить до суттєвої зміни його структури та хімії поверхні, що в свою чергу впливає на здатність отриманих зразків уловлювати вільні радикали. Попередні емпіричні дослідження показали, що така властивість зростає в ряду L-GO > GO > N-GO > R-GO.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. He H., Klinowski J., Forster M., Lerf A. A new structural model for graphite oxide. Chem. Phys. Lett. 1998. 287(1): 53. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(98)00144-4
2. Hummers W.S., Offeman R.E. Preparation of Graphitic Oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958. 80(6): 1339. https://doi.org/10.1021/ja01539a017
3. Sadri R., Kamali K.Z., Hosseini M., Zubir N., Kazi S.N., Ahmadi G., Dahari M., Huang N.M., Golsheikh A.M. Experimental study on thermo-physical and rheological properties of stable and green reduced graphene oxide nanofluids: Hydrothermal assisted technique. J. Dispersion Sci. Technol. 2017. 38(9): 1302. https://doi.org/10.1080/01932691.2016.1234387
4. Dreyer D.R., Park S., Bielawski C.W., Ruoff R.S. The chemistry of graphene oxide. Chem. Soc. Rev. 2010. 39(1): 228. https://doi.org/10.1039/B917103G
5. Wei X.-D., Mao L., Soler-Crespo R.A., Paci J.T., Huang J.-X., Nguyen S.T., Espinoza H.D. Plasticity and ductility in graphene oxide through a mechanochemically induced damage tolerance mechanism. Nat. Commun. 2015. 6: 8029. https://doi.org/10.1038/ncomms9029
6. Rawat P.S., Srivastava R.C., Dixit G., Asokan K. Structural, functional and magnetic ordering modifications in graphene oxide and graphite by 100 MeV gold ion irradiation. Vacuum. 2020. 182: 109700. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700
7. Brodie B.C. On the Atomic Weight of Graphite. Philos. Trans. R. Soc. London. 1859. 149: 249. https://doi.org/10.1098/rstl.1859.0013
8. Kumar H.V., Woltornist S.J., Adamson D.H. Fractionation and Characterization of Graphene Oxide by Oxidation Extent Through Emulsion Stabilization. Carbon. 2016. 98: 491. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.10.083
9. Feicht P., Siegel R., Thurn H., Neubauer J.W., Seuss M., Szabó T., Talyzin A.V., Halbig C.E., Eigler S. Systematic evaluation of different types of graphene oxide in respect to variations in their in-plane modulus. Carbon. 2017. 114: 700. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.12.065
10. Boehm H.-P., Scholz W. Der "Verpuffungspunkt" des Graphitoxids. Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 1965. 335(1-2): 74. https://doi.org/10.1002/zaac.19653350107
11. You S., Luzan S.M., Szabó T.S., Talyzin A.V. Effect of synthesis method on solvation and exfoliation of graphite oxide. Carbon. 2013. 52: 171. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.09.018
12. Pei S., Wei Q., Huang K., Cheng H.-M., Ren W Green synthesis of graphene oxide by seconds times cale water electrolytic oxidation. Nat. Commun. 2018. 9: 145. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02479-z
13. Amani H., Habibey R., Hajmiresmail S.J., Latifi S., Pazoki-Toroudi H., Akhavan O. Antioxidant nanomaterials in advanced diagnoses and treatments of ischemia reperfusion injuries. J. Mater. Chem. B. 2017. 5(48): 9452. https://doi.org/10.1039/C7TB01689A
14. Maddu N. Diseases Related to Types of Free Radicals. In: Antioxidants. (IntechOpen, 2019). https://doi.org/10.5772/intechopen.82879
15. Gao L.Z., Zhuang J., Nie L., Zhang J.B., Zhang Y., Gu N., Wang T.H., Feng J., Yang D.L., Perrett S., Yan X. Intrinsicperoxidase-likeactivityofferromagneticnanoparticles. Nat. Nanotechnol. 2007. 2(9): 577. https://doi.org/10.1038/nnano.2007.260
16. Lin Y.H., Ren J.S., Qu X.G. Nano-Gold as Artificial Enzymes: Hidden Talents. Adv. Mater. 2014. 26(25): 4200. https://doi.org/10.1002/adma.201400238
17. Wang G.L., Xu X.F., Qiu L., Dong Y.M., Li Z.J., Zhang C. Dual Responsive Enzyme Mimicking Activity of AgX (X = Cl, Br, I) Nanoparticles and Its Application for Cancer Cell Detection. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. 6(9): 6434. https://doi.org/10.1021/am501830v
18. Hu A.L., Liu Y.H., Deng H.H., Hong G.L., Liu A.L., Lin X.H., Xia X.H., Chen W. Fluorescent hydrogen peroxide sensor based on cupric oxide nanoparticles and its application for glucose and L-lactate detection. Biosens. Bioelectron. 2014. 61: 374. https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.05.048
19. Nia Z.K., Chen J.Y., Tang B., Yuan B., Wang X.G., Li J.L. Optimizing the free radical content of graphene oxide by controlling its reduction. Carbon. 2017. 116: 703. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.02.060
20. Qiu Y., Wang Z.Y., Owens A.C.E., Kulaots I., Chen Y.T., Kane A.B., Hurt R.H. Antioxidant chemistry of graphene-based materials and its role in oxidation protection technology, Nanoscale. 2014. 6(20): 11744. https://doi.org/10.1039/C4NR03275F
21. Stankovich S., Dikin D.A., Piner R.D., Kohlhaas K.A., Kleinhammes A., Jia Y., Wu Y., Nguyen S.B.T., Ruoff R.S. Synthesis of graphene-based nonosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon. 2007. 45: 1558. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2007.02.034
22. Ng H.H., Yildiz G.S., Ku J.M., Miller A.A., Woodman O.L., Hart J.L. Chronic NaHS treatment decreases oxidative stress and improves endothelial function in diabetic mice. Diab. Vasc. Dis. Res. 2017. 14(3): 246. https://doi.org/10.1177/1479164117692766
23. Askari H., Seifi B., Kadkhodaee M., Sanadgol N., Elshiekh M., Ranjbaran M., Ahghari P. Protective effects of hydrogen sulfide on chronic kidney disease by reducing oxidative stress, inflammation and apoptosis. EXCLI J. 2018. 17: 14.
24. Shymans'ka T.V., Hoshovs'kaIu.V., Semenikhina O.M., Sagach V.F. Effect of hydrogen sulfide on isolated rat heart reaction under volume load and ischemia-reperfusion. Fiziol Zh. 2012. 58(6): 57. https://doi.org/10.15407/fz58.06.057
25. Pandey D., Reifenberger R., Piner R. Scanning probe microscopy study of exfoliated oxidized graphene sheets. Surf. Sci. 2008. 602(9): 1607. https://doi.org/10.1016/j.susc.2008.02.025
26. Mkhoyan K.A., Contryman A.W., Silcox J., Stewart D.A., Eda G., Mattevi C., Miller S., Chhowalla M. Atomic and Electronic Structure of Graphene-Oxide. Nano Lett. 2009. 9(3): 1058. https://doi.org/10.1021/nl8034256
27. Schniepp H.C., Li J.L., McAllister M.J., Sai H., Herrera-Alonso M., Adamson D.H., Prud'Homme R.K., Car R., Saville D.A., Aksay I.A. Functionalized Single Graphene Sheets Derived from Splitting Graphite Oxide. J. Phys. Chem. B. 2006. 110(17): 8535. https://doi.org/10.1021/jp060936f
28. Raval S. Ultrafast Pump-Probe spectroscopy of Graphene Oxide (GO) and Reduced Graphene Oxide (RGO). Thesis for Master of Science, (Indian Institute of Technology Kharagpur, 2018).
29. Stankovich S., Piner R.D., Chen X., Wu N., Nguyen S.T., Ruoff R.S. Stable aqueous dispersions of graphitic nanoplatelets via the reduction of exfoliated graphite oxide in the presence of poly(sodium 4-styrenesulfonate). J. Mater. Chem. 2006. 16(2): 155. https://doi.org/10.1039/B512799H
30. Yamada Y.,Yasuda H., Murota K., Nakamura M., Sodesawa T., Sato S. Analysis of heat-treated graphite oxide by X-ray photoelectron spectroscopy. J. Mater. Sci. 2013. 48(23): 8171. https://doi.org/10.1007/s10853-013-7630-0
31. Kudin K.N., Ozbas B., Schniepp H.C., Prud'homme R.K., Aksay I.A., Car R. Raman Spectra of Graphite Oxide and Functionalized Graphene Sheets. Nano Lett. 2008. 8(1): 36. https://doi.org/10.1021/nl071822y
32. Bokobza L., Bruneel J.-L., Couzi M. Raman Spectra of Carbon-Based Materials (from Graphite to Carbon Black) and of Some Silicone Composites. Carbon. 2015. 2015(1): 77. https://doi.org/10.3390/c1010077
33. Cancado L.G., Takai K., Enoki T., Endo M., Kim Y.A., Mizusaki H., Jorio A., Coelho L.N., Magalhăes-Paniago R., Pimenta M.A. General equation for the determination of the crystallite size La of nanographite by Raman spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 2006. 88(16): 163106. https://doi.org/10.1063/1.2196057
34. Rattana T., Chaiyakun S., Witit-anun N., Nuntawong N., Chindaudom P., Oaew S., Kedkeaw C., Limsuwan P. Preparation and characterization of graphene oxidenanosheets. Procedia Eng. 2012. 32: 759. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.02.009
35. Nedilko S.G., Revo S.L., Chornii V., Scherbatskyi V., Ivanenko K., Nedielko M., Sementsov Yu., Skoryk M., Nikolenko A., Strelchuk V. Structure and Optical Features of Micro/Nanosized Carbon Forms Prepared by Electrochemical Exfoliation. Nanoscale Res. Lett. 2017. 12: 28. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1770-5
36. Kartel M., Sementsov Yu., Dovbeshko G., Karachevtseva L., Makhno S., AleksyeyevaT., Grebelna Y. Lamellar structures from graphene nanoparticles produced by anode oxidation. Adv. Mater. Lett. 2017. 8(3): 212. https://doi.org/10.5185/amlett.2017.1428
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.02.179
Copyright (©) 2022 M. T. Kartel, K. V. Voitko, Y. Grebelna, S. V. Zhuravskyi, K. Ivanenko, T. V. Kulyk, S. M. Makhno, Yu. I. Sementsov
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.