大尺寸石墨烯量子点组装体的制备及电化学发光性能

doi:10.7503/cjcu20220161

摘要/Abstract

摘要：

对氧化石墨烯纳米材料进行HNO₃氧化处理, 制备了水溶性好且具有强电化学发光(ECL)活性的大尺寸石墨烯量子点组装体(Large-sized graphene quantum dot assemblies, LSGQD-NAs). 利用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)等方法对其进行了表征, 结果表明, 石墨烯量子点组装体的平均高度为20 nm, 且富含大量的羟基和羧基. 电化学测试结果显示, 在共反应物K₂S₂O₈存在下, LSGQD-NAs在阴极产生很强的ECL(峰值约在685 nm); 并推测了其ECL反应机理, 发现LSGQD-NAs容易通过中心未氧化的石墨烯π-π作用于GC电极表面进行组装修饰. 本研究为基于石墨烯量子点ECL传感器的研究提供了新方法.

关键词: 大尺寸石墨烯量子点组装体, 电化学发光, 氧化石墨烯, 石墨烯量子点

Abstract:

A dispersible large-sized graphene quantum dots assemblies（LSGQD-NAs） in aqueous solution with strong electrochemiluminescence activity was fabricated from graphene oxide by nitric acid etching. LSGQD-NAs were characterized by transmission electron microscopy（TEM）， atomic force microscopy（AFM）， Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR） and Raman spectroscopy（Raman）， etc. The results demonstrated that the large-sized graphene quantum dots had an average height of 20 nm and contained abundant carboxyl and hydroxyl groups. Strong ECL was studied in detail with the coreaction of K₂S₂O₈ and the maximum emission wavelength at 685 nm. It is found that LSGQD-NAs can be easily assembled and modified on the surface of GC electrode through the π?π bond action of unoxidized graphene. This study provides a new method for the research of ECL sensor based on graphene quantum dots.

Key words: Large-sized graphene quantum dot assemblies（LSGQD-NAs）, Electrogenerated chemiluminescence（ECL）, Grapheneoxide（GO）, Graphene quantum dots

中图分类号:

O657

TrendMD:

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图/表 9

Fig.1 Ultraviolet(A), photoluminescent(B) and Fourier transform infrared(C) spectra of LSGQD?NAsa. Graphene， b. LSGQD-NAs-1， c. LSGQD-NAs-2， d. LSGQD-NAs-3， e. LSGQD-NAs-4. UV and PL spectra are recorded in aqueous solution.

Fig.2 Effects of oxidization time on the ECL intensity of LSGQD?NAs(A) and CV scanning cysles on the ECL intensity of LSGQD?NAs?3(B)（A） a. LSGQD-NAs-1； b.LSGQD-NAs-2； c. LSGQD-NAs-3； d. LSGQD-NAs-4. Inset of （B） shows the curves of current vs. potential of LSGQD-NAs-3. The supporting electrolyte was 0.05 mol/L K2S2O8 and 0.1 mol/L PBS（pH=7.0）， the potential scan rate was 0.1 V/s.

Fig.3 Effects of solution pH(A), products concentration(B), K2S2O8 concentration(C) and specific acid solution pH(D) on the ECL intensity of LSGQD?NAs?3（A） The supporting electrolyte was 0.05 mol/L K2S2O8 and 0.1 mol/L PBS（pH=7.0）；（B） concentration of LSGQD-NAs-3（μg/mL）： a， a. 32.5， b， b. 48.75， c， c. 65， d， d. 81.25， e， e. 97.5；（C） the supporting electrolyte was 0.1 mol/L PBS（pH=4.0）；（D） the supporting electrolyte was 0.1 mol/L PBS（pH=4.0） and 0.1 mol/L K2S2O8. The concentration of LSGQD-NAs-3 was 65 μg/mL， potential scan rate was 0.1 V/s for all the experiment.

Fig.4 Curves of CV(A) and ECL intensity(B) vs. potentiala. Bare GCE in the presence of K2S2O8； b. LSGQD-NAs-3-modified GC electrode in the absence of K2S2O8； c. LSGQD-NAs-3-modified GCE in the presence of K2S2O8. The supporting electrolyte was 0.1 mol/L PBS（pH=5.0） and the potential scan rate was 0.1 V/s.

Fig.5 ECL spectrum of LSGQD?NAs?3Electrolyte： 0.1 mol/L K2S2O8， 0.1 mol/L PBS， pH=5.0， scan rate： 0.1 V/s.

Fig.6 Raman spectra of GO and LSGQD?NAsa. GO， b. LSGQD-NAs-2， c. LSGQD-NAs-3， d. LSGQD-NAs-4.

Fig.7 TEM images of GO(A) and LSGQD?NAs?3(B)

Fig.8 AFM images of LSGQD?NAs?3

Fig.9 Diagram of the preparation process and luminescence mechanism of LSGQD?NAs

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