ニュース

May 31, 2023

吸着剤としての酸化グラフェンナノシートのグリーンな調製

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9314 (2023) この記事を引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

酸化グラフェン (GO) は、グラフェンベースの材料の基本構成要素として、科学研究や産業用途において重要な役割を果たしています。 現在、GO を合成するために多くの方法が使用されていますが、まだ解決する必要がある問題がいくつかあるため、グリーンで安全かつ低コストの GO 調製方法を開発することが重要です。 ここでは、GOを調製するための環境に優しい、安全かつ迅速な方法が設計されました。つまり、黒鉛粉末は、まず酸化剤として過酸化水素（H2O2、30重量％）を使用して希硫酸溶液（H2SO4、6mol/L）中で酸化され、その後、水中での超音波処理によって GO まで剥離されます。 このプロセスでは、H2O2 のみが酸化剤であり、他の酸化剤は使用されないため、従来の方法における GO 生成反応の爆発性を完全に排除することができました。 この方法には、グリーン、高速、低コスト、Mn ベースの残留物がないなどの他の利点もあります。 実験結果は、得られた酸素含有基を有するGOが黒鉛粉末と比較して優れた吸着特性を有することを確認した。 吸着剤としての GO は、水からメチレンブルー (50 mg/L) と Cd2+ (56.2 mg/L) を除去でき、除去能力はそれぞれ 23.8 mg/g と 24.7 mg/g です。 これは、吸着剤などの一部の用途向けに GO を調製するための、グリーンで高速かつ低コストの方法を提供します。

グラフェンは、2004 年に初めて高配向熱分解グラファイトの機械的剥離によって調製されました 1。現在まで、グラフェンは最も重要な新規 2D ナノ材料の 1 つとして広く考えられています 2、3、4。 グラフェンの誘導体 5,6 である GO は、その基底面とエッジに共有結合したいくつかの酸素含有基により、その独特の特性を持っています 7,8。 さらに重要なのは、GO が基本的な構成要素として機能し、GO と他の材料との相互作用を通じてさまざまなグラフェンベースの材料を合成できることです9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19。 したがって、環境に優しく、安全で、迅速かつ低コストの GO の準備が非常に重要であり、この問題には多くの注目が集まっています。

酸化剥離プロセスに基づいて、湿式化学ルート 20 が大規模な調製方法として一般に認識されています。 GO の調製は 1859 年に Brodie 法 21 に基づいて初めて報告されて以来、黒鉛の酸化には塩素酸カリウム (KClO3) と発煙硝酸 (HNO3) の混合物が使用されました。 ほぼ 40 年後、シュタウデンマイヤーは、発煙 HNO3 と濃 H2SO422 の混合物に KClO3 をゆっくりと加えることにより、グラファイトを最適に酸化しました。 1958 年、グラファイトは通常、濃 H2SO4 中の KMnO4 と NaNO3 の混合物を使用する Hummers 法 23 によって酸化されました。 2010 年には、Hummers の方法がさらに最適化され、NaNO3 の代わりに混合系の安定剤として比例リン酸 (H3PO4) を追加することで Tour の方法と呼ばれるようになりました 24。 さらに、Jin et al.25 は、Hummers の方法に基づいて、グラファイトの GO への酸化および GO からの酸素基および水酸基の脱水剥離の触媒として、濃 H2SO4 を挿入分子として使用しました。

研究者らはハマー法を改良するために多大な努力を払ってきたが、長い反応時間、安全上のリスク、困難な品質管理、大量の廃酸液など、解決すべき実用的な問題がいくつかある26。 したがって、GO を合成するために数多くの代替方法が検討されてきました。 例えば、Gao et al.27 は、酸化剤として鉄酸カリウム Fe (VI) (K2FeO4) を使用した鉄ベースの方法を報告しました。このプロセスでは、Mn ベースの金属の不純物が効果的に回避され、濃 H2SO4 が効果的にリサイクルされました。 Yu ら 28 は、50 °C、pH 3 の水中で酸化剤として K2FeO4 と H2O2 を使用して GO を合成する簡単で環境に優しい方法を報告しました。 複合触媒として、Fe(VI) 溶液と H2O2 の混合物は、KMnO4 および強腐食性の酸の代替品です。 しかし、これらの鉄ベースの方法には、鉄ベースの金属の汚染や複雑な後処理などのいくつかの課題があります。

環境に優しく、低コストであるため、電気化学プロセスは GO29、30 を調製するために広く開発されています。 例えば、Pei et al.31 は、1.6 V の直流でグラファイトのインターカレーション剤として濃 H2SO4 (98 wt%) を使用し、次に酸性媒体として希 H2SO4 (50 wt%) を使用して、インターカレーションされたグラファイトを直流で酸化しました。 5 V の電圧を印加し、最後に超音波を使用して挿入された酸化グラファイトを剥離します。 このプロセスでは、H2SO4 は主に、黒鉛格子の酸化のための水の酸素発生反応を調整するための制御剤として使用されました。そのため、H2SO4 はリサイクルされ、他の酸化剤は必要ありませんでした。 残念ながら、それに伴う水/溶媒の電気分解プロセスにより、黒鉛材料の膨張と層間剥離が悪化して、電流供給が無効になったり、回路が破損したりする可能性があります29,30。 さらに、得られた生成物の構造と特性は、おそらく酸化と剥離の程度が低いため、改良された Hummers の方法で調製された GO の構造と特性とは大きく異なります 5、6、7、8、9、10。

同時に、GO36 の形成メカニズムを解明するために多大な努力が払われてきました。 たとえば、Lee et al.37 は、酸素攻撃を誘発する可能性のあるエッジ機能化または固有極性の結果としての表面電荷の存在により、純水中で 2D 材料を剥離および分散させました。 Li et al.38 は、超音波処理によりフレーク表面の破断とキンクバンドの縞模様、その後の酸化攻撃と溶媒の挿入により、大きなグラファイト結晶を小さなグラフェンフレークに剥離しました。 より最近では、Zhu ら。 強化された物質移動と非常に迅速なエネルギー交換により、密封されたねじ口ボトル内の濃H2SO4中のKMnO4によるグラファイトのマイクロ流体酸化によって精巧に調製されたGOシート39。

上記のGO調製方法の開発とGO生成メカニズムの探索に基づいて、私たちは環境に優しく、安全かつ低コストでGOを調製する方法を見つけようとしています。 この論文では、酸化剤として H2O2 を使用して希硫酸溶液中で黒鉛粉末を酸化し、その後水中で超音波処理することにより、環境に優しく、安全で低コストの GO を合成する方法が設計されました。 実験結果は、この方法によりGOが調製できることを証明した。 興味深いことに、得られた酸素含有基を持つ GO は、水からメチレンブルーと Cd2+ を除去するための吸着剤として使用できます。

グラファイト粉末（純度９９．８重量％、２００メッシュ）、Ｈ２ＳＯ４（１８モル／Ｌ）およびＨ２Ｏ２（水中３０重量％）は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙから購入した。 すべての化学薬品はさらに精製せずに使用しました。 すべての実験では、Milli-Q 溶媒システムから作られた脱イオン水 (抵抗 18 MΩ) を使用しました。

典型的なプロセスとして、黒鉛粉末はまず H2SO4 と H2O2 の混合物中で酸化され、次に水中で GO に剥離されます。

まず、２．０ｇのグラファイト粉末を５０ｍＬの希Ｈ ２ ＳＯ ４ 溶液（６ｍｏｌ／Ｌ）とともにビーカーに加え、２０ｍＬのＨ ２ Ｏ ２ （３０重量％）を電磁撹拌条件下で混合分散液にゆっくりと加えた。 次に、混合分散液を温度制御水浴を通して４０℃に３時間加熱した。 対照実験として、H2O2 を添加せずに、2.0 g のグラファイト粉末と 50 mL の H2SO4 溶液を入れた別のビーカーを追加し、最初のビーカーと同じ実験操作を行いました。

次に、室温まで自然冷却した後、得られた分散液を濾過し、脱イオン水でｐＨ７になるまで数回洗浄した。希Ｈ ２ ＳＯ ４ 溶液を収集し、再使用のために保管した。

第三に、サンプルの一部を脱イオン水中で超音波で 30 分間処理し、濾過した後、得られた GO を特性評価のために 60 °C で真空乾燥させました。

このプロセスでは、H2O2 のみが酸化剤であり、他の酸化剤は使用されません。 希薄な H2SO4 溶液は主に酸性媒体 28,31 および酸素ラジカル反応を調整するための制御剤として使用され、したがって H2SO4 はリサイクルされました。 調製プロセスには、酸化反応のための 40 °C の水浴での 3 時間と室温での超音波ストリッピングの 30 分間を含めて、4 時間未満かかります。

黒鉛粉末、中間体および得られたGOの微細構造は、走査型電子顕微鏡（SEM、Hitachi S-4800）、透過型電子顕微鏡（TEM、JEM-2100）、および原子間力顕微鏡（AFM、Nanscope V、Bruker Instruments）によって検出されました。 。 X線回折計（XRD、Bruker D8回折計）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR、Nicolet5700）、ラマン分光計（LabRAM HR800）およびX線光電子分光法（XPS、K-alpha1063）を使用して、構造組成を分析しました。行く。

黒鉛粉末、酸化黒鉛（中間体としてマーク）、および GO の微細構造を図 1 に示します。黒鉛粉末は不規則でしっかりと積み重なった構造（図 1b）を持ちますが、中間体の構造は緩い（図 1c）。グラファイト粉末とは大きく異なり、脱イオン水中で容易に飛散する可能性があります (図 1c の挿入図)。 脱イオン水中での超音波処理の後、中間体は GO に剥離され（図 1d）、GO 溶液の色は淡黄色になります（図 1d の挿入図）。

(a) 黒鉛粉末の光学写真。 (b) グラファイト粉末、(c) 中間体、および (d) GO の SEM 画像。 (c) の挿入図は中間体の分散液、(d) の挿入図は GO (0.5 mg/mL) の溶液です。

図 2a はさらに、グラファイト粉末が数十ミクロンの範囲のサイズで不規則な積層構造をしていることを示しています。 対照的に、中間体は、図2bに示すように、サイズが小さい緩い構造を持っています。 さらに、黒鉛粉末と中間体の断面SEM画像では、その違いがより明確に示されています。 黒鉛粉末（図２ｃ）と比較して、中間体（図２ｄ）は層間隔が広い。 超音波処理後、グラファイト粉末を数ミクロンのサイズの大きなシートに分離することができ（図2e）、中間体を剥ぎ取ってGOナノシートにすることができます（図2f）。

異なる倍率での黒鉛粉末 (a、c) と中間体 (b、d) の SEM 画像。 (e) 黒鉛粉末に由来する大きなシートと (f) 中間体に由来する GO ナノシートの SEM 画像。

TEM 像から、図 3 に示すように、得られた折り畳まれた構造を持つ GO が単層または多層であることがわかります。したがって、この方法により黒鉛粉末から GO ナノシートを調製できることが確認できます。

(a、b) 異なる倍率の GO ナノシートの TEM 画像。

超音波処理によって中間体を GO 水溶液 (0.5 mg/mL) に剥離した後、真空乾燥後、AFM 特性評価のために GO 溶液を新しく洗浄した Si 基板上に滴下しました。 図 4 は、しわのある構造を持つ GO が数層の厚さを持つことを示しています40。

(a) GO の AFM 画像と (b) GO 表面の対応する高さプロファイル。

GO 水溶液 (1.0 mg/mL) には明らかなチンダル効果があります (図 5a)。 この GO 溶液の UV-Vis スペクトルには、231 nm にメインピークと約 300 nm に広いショルダーがあり（図 5b）、いくつかの酸素含有官能基が GO24 の基底面とエッジに結合していることを示唆しています。

GO 溶液 (1.0 mg/mL) の光学写真 (a) および UV-Vis スペクトル (b)。

グラファイト粉末と得られたGOナノシートのXRD、FTIR、ラマンスペクトルを分析して、それらの構造の違いを明らかにしました。 図6aに示すように、グラファイト粉末のXRDピークは2θ = 26.4°に位置し、GOナノシートのピークは2θ = 10.0°に位置し、それらのピークは以前のレポート41、42と一致しており、GO間の間隔がより大きいことを示しています。黒鉛粉末と比較した層。

(a) XRD パターン、(b) FTIR パターン、(c) グラファイト粉末と GO ナノシートのラマン スペクトル、(d) グラファイト粉末の 2D ラマン ピーク フィッティング。 (a) の挿入図は GO ナノシートの XRD パターン、(d) の挿入図は GO ナノシートの 2D ラマン ピーク フィッティングです。

FTIR スペクトル分析に基づくと、得られた GO ナノシートは、O-H 伸縮振動 (3430 cm-1)、C=O 伸縮振動 (1720 cm-1)、C=C 振動 (1620 cm-1) などのいくつかの官能基 41,42 を持っています。 −1）、C-O振動（1400cm-1、1050cm-1）、C-OH振動（1240cm-1）、黒鉛粉末のFTIRスペクトルは得られたGOのFTIRスペクトルとは異なります（図6b）。 。

ラマン分析もそれらの構造変化を証明するために使用されました（図6c）。 それらの両方に、D ピーク (〜 1320 cm-1)、G ピーク (〜 1580 cm-1)、および 2D バンド (〜 2650 cm-1) があることがわかります。 さらに、D バンド (〜 1320 cm-1) と G バンド (〜 1580 cm-1) の強度比 (ID/IG) は、黒鉛粉末の 0.38 から得られた GO ナノシートの 0.45 までわずかに増加しており、得られた GO ナノシートでは結晶欠陥や無秩序が増加します 41,42。 さらに、図6dに示すように、それらの2Dラマンピークフィッティングには明らかな違いがあります。

グラファイト粉末とGOナノシートのXPSスペクトルを実行して、それらの組成を分析しました。 図7に示すように、両方のXPS調査スペクトルには炭素（C1s）と酸素（O1s）の2つの明確なピークがありますが、GOのO1sピークの強度はグラファイト粉末と比較して大幅に増加します（図7a）。 高分解能 C1s スペクトルは、それらの両方がそれぞれ C=C/C-C (284.7 eV)、C-O (285.8 eV)、および C=O (286.7 eV) 基を持っていることを明らかにしています 41,42。 高分解能 O1s XPS スペクトルには、それぞれ 531.8 eV (C-O) と 533.0 eV (C=O) に位置する 2 つの主要なピークがあります。 さらに、グラファイト粉末のC=Oのピーク強度（図7b、c）は、おそらくH2O2の酸化インターカレーションのため、GOナノシートのピーク強度（図7e、f）よりも低くなります。

(a) 黒鉛粉末の XPS 調査スペクトル、(b) 高分解能 C1s XPS スペクトル、および (c) 黒鉛粉末の高分解能 O1s XPS スペクトル。 (d) XPS 調査スペクトル、(e) 高解像度 C1s XPS スペクトル、および (f) GO ナノシートの高解像度 O1s XPS スペクトル。

この方法で GO の調製プロセスを分析するには、次のようないくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

H2SO4/H2O2 の系では、H2O2 のみが強力な緑色の酸化剤として作用し、希硫酸溶液 (6 mol/L) は酸性媒体になります。 このプロセスでは、酸性条件下で H2O2 から一部の酸素ラジカル (・OH や・OH2 など) が生成され、黒鉛表面のしわや欠陥が酸素ラジカルによって選択的に攻撃されます 37,38。 その結果、選択的攻撃により GO にいくつかの酸素含有基が付与され、これはグラファイト粉末と GO ナノシートの FTIR および XPS スペクトルによって確認されました。 希硫酸溶液は主に酸性媒体 28,31 および酸素ラジカル反応を調整するための制御剤として使用されるため、硫酸水素はリサイクルされます。

酸化剤の含有量と反応温度は非常に重要な影響因子です。 この工程において、酸化剤の含有量が少ないと、所望の酸化効果が得られない。 一方、反応温度が高すぎると、Ｈ ２ Ｏ ２ の分解反応が促進され、反応時間が不十分となる。 最適化後、混合分散液 (グラファイト粉末 2.0 g、6 mol/L H2SO4 溶液 50 mL、および 30 wt% H2O2 20 mL を含む) をビーカーに入れ、40 °C で 3 時間加熱しました。表面は、H2O2 の分解に由来する十分な酸素ラジカルによって十分な時間攻撃されました。

GO は、酸化インターカレーションと超音波剥離という 2 つの主要なプロセスを含むこの方法によって調製されました。 酸化インターカレーションは、希硫酸溶液中の酸素ラジカルの選択的攻撃によって達成され、これにより、酸素を含む官能基を多く含む GO 表面が形成されます。 剥離は脱イオン水中での超音波処理によって完了し、このプロセスでは他の挿入剤は必要ありませんでした。

上記の分析によれば、酸化剤としては H2O2 のみが使用され、有害な副生成物は発生せず、希硫酸溶液は酸性媒体として使用され、リサイクルされました。 中間体を含む分散液は粘稠でなく、中間体は層間剥離のために容易に濾過および洗浄できるため、調製プロセスは環境に優しく、安全かつ低コストでした。

この方法の実現可能性を確認するために、中間体の微細構造が分析されました。 図8aに示すように、中間体は黒鉛粉末（図1b）と比較して緩い構造を示します。 選択した領域の拡大部分には、選択的攻撃後のいくつかの痕跡がはっきりと表示されます (図 8b–d)。 さらに、中間層では層間の間隔が著しく広がり（図8e）、選択的攻撃後に端に多くの痕跡が残されました（図8f）。したがって、酸化後のグラファイト粉末から中間体までGOナノシートを調製することに成功しました。 H2O2 のインターカレーションと脱イオン水中での超音波処理。

(a ～ d) さまざまな倍率での中間体の SEM 画像、および (e、f) 中間体の断面。

得られた豊富な官能基を有する GO ナノシートは、水からメチレンブルー (MB) と Cd2+ を除去するための吸着剤として使用できます。 一般に、吸着剤の吸着特性を検証するためのモデル化合物として MB が使用されます。 一般的な実験プロセスは次のように説明されています。110 mg の吸着剤を 50 mL の MB 溶液 (50 mg/L) に添加し、続いて室温で 200 rpm で撹拌しました。 10 分間隔で吸着剤を濾別し、紫外可視分光光度計 (島津 UV-2450) を用いて 662 nm の吸収ピークに基づいてベールの法則により濾液中の残留 MB 濃度を算出した43,44。 。

一方、Cd2+ の水溶液は、対応する硝酸鉛を脱イオン水に溶解して 5.0 × 10-4 mol/L (56.2 mg/L) の濃度になるように調製しました。 吸着試験は、50 mL の Cd2+ 水溶液中の 130 mg の吸着剤を使用して実行されました。 吸着のバッチ実験は、周囲条件下で撹拌しながら三角フラスコ内で実施した。 １０分間隔で混合溶液を濾過し、濾液１ｍＬを得た。 濾液中の Cd2+ の濃度は、シングル スキャン オシロポーラログラフィー (JP-303E) によって測定されました 45,46。

対照的に、グラファイト粉末とGOナノシートは室温でMB（50 mg / L）を吸着し、約50分で吸着平衡に達し（図9a）、それらの除去効率はそれぞれ75.0％と95.0％でした。 さらに、それらの吸着容量は、それぞれ１８．８ｍｇ／ｇおよび２３．８ｍｇ／ｇと評価された。

グラファイトパウダーとGOナノシートのMB（a）とCd2+（b）の除去効率。

一方、グラファイト粉末とGOナノシートは室温で水からCd2+（56.2mg/L）を吸着し、約50分で吸着平衡に達し（図9b）、除去効率はそれぞれ46.0％と88.0％でした。 。 それらの吸着能力は、それぞれ 12.9 mg/g および 24.7 mg/g と評価されました。

上記の吸着特性の比較から、グラファイト粉末とGOナノシートは水からMBとCd2+を吸着することができ、特にGOナノシートの吸着能力はグラファイト粉末よりも高く、いくつかの結果が報告されています47、48、49、50、51。 吸着結果は文献 47、48、49、50、51、52、53、54、55 とも比較されました。 GO または GO 複合材料への MB および Cd2+ の吸着特性を表 1 に示します。実験では、GO を吸着剤として直接使用しましたが、その吸着特性は改善されるはずです。 特に、GOをハイブリッド化して、より優れた吸着特性を備えた複合材料を製造することができます。 たとえば、キトサン スポンジ含有量 9% の GO/キトサン スポンジは、MB56 に対して 275.5 mg/g の吸着容量を持っています。

GO は、その底面やエッジに豊富な官能基と構造欠陥があるため、独特の構造と特性 (新規な物理化学的性質、大きな比表面積、高活性な表面など) を持ち、有機物や有機物の除去に重要な役割を果たします。水からの無機汚染物質57。

MB 吸着の場合、負に帯電した GO は MB の正の色素と相互作用するため、静電引力と疎水性 π-π 相互作用がこの吸着プロセスの原因となります 58,59。 さらに、GO への MB の吸着動力学と熱力学は、混合物理吸着プロセスとして実証されました 60。

GO は、さまざまな親水性含酸素基と、さまざまな親水性含酸素基を含む独特の化学構造により、さまざまな金属/金属イオンと配位、キレート、静電相互作用、π-π相互作用、酸塩基相互作用などのさまざまな相互作用を起こし、水から重金属イオンを除去します。 sp3 ドメインに囲まれた小さな sp2 炭素ドメイン 61、62、63。 報告された文献64、65、66によれば、GOへのCd2+の吸着プロセスは、擬似二次方程式およびラングミュア等温線モデルと一致していた。 しかし、実際の吸着プロセスには、重金属イオンの電気陰性度や標準還元電位など、さまざまな影響因子67があります。

一方、実験条件は、特異的な吸着プロセスにおいて重要な役割を果たします。 MB および Cd2+ の場合、いくつかの重要な影響因子 (吸着剤の量、溶液の pH、接触時間、温度など) を次のように考慮する必要があります。 図9に示すように、50分程度で吸着平衡に達し、吸着接触時間は1時間まで延長されると考えられます。 運転コストを節約するために、吸着温度は室温に保たれます。

同時に、吸着剤の用量を 50 mL の MB 溶液 (50 mg/L) または Cd2+ 溶液 (56.2 mg/L) 中で 50 から 70、90、110、130、150、および 170 mg に徐々に増加させます。溶液のpHは1から12まで徐々に調整されます。

図 10a は、吸着剤の用量が 50 mL 溶液中 110 mg であるときに MB の吸着除去が平衡に達することを示しています。一方、図 10b は、MB の吸着除去が pH 10 でピークに達することを示しています。一方、図 10c は、吸着剤の用量が 50 mL 溶液中 130 mg であるため、Cd2+ の吸着除去は平衡に達しますが、図 10d は、Cd2+ の吸着除去が pH 7 でピークに達することを示しています。

(a、b) GO に吸着された MB に対する吸着剤の濃度と溶液の pH の影響、および (d、f) GO に吸着された Cd2+ に対する吸着剤の濃度と溶液の pH の影響。

結論として、酸化剤としてH2O2を使用した希H2SO4溶液中でグラファイト粉末を酸化し、続いて脱イオン水中で超音波ストリッピングすることにより、GOナノシートを調製するためのグリーンで安全、高速かつ低コストの方法を開発します。 この形成メカニズムは、強力な酸素ラジカルが大きなグラファイトシート表面のしわや欠陥を攻撃し、酸素含有官能基を有する中間体が超音波処理によって容易にナノシートに剥離されることに起因すると考えられます。 この研究は、吸着剤などの機能的用途のために GO ナノシートを調製するための環境に優しい、安全かつ低コストの方法を提供します。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータがこの記事に含まれています。

ノボセロフ、KSら。 原子的に薄い炭素膜における電界効果。 サイエンス 306、666–669 (2004)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ゲイム、アラスカ州、ノボセロフ、カンザス州 グラフェンの台頭。 ナット。 メーター。 6、183–191 (2007)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ノボセロフ、KSら。 グラフェンのロードマップ。 Nature 490、192–200 (2012)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ヤン、Ｙら。 イオンおよび分子のマノフィルトレーション用の大面積グラフェン-ナノメッシュ/カーボン-ナノチューブハイブリッド膜。 サイエンス 364、1057–1062 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Park, S. & Ruoff, RS グラフェンを製造するための化学的方法。 ナット。 ナノテクノロジー。 4、217–224 (2009)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhu, Y. 他グラフェンと酸化グラフェン: 合成、特性、および用途。 上級メーター。 22、3906–3924 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Dreyer, DR、Park, S.、Bielawski, CW、Ruoff, RS 酸化グラフェンの化学。 化学。 社会改訂 39、228–240 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Yu、H.ら改良されたハマー法に基づく酸化グラフェンの高効率合成。 科学。 議員 6、36143 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Loh, KP、Bao, Q.、Eda, G.、Chowalla, M. 光学用途向けの化学的に調整可能なプラットフォームとしての酸化グラフェン。 ナット。 化学。 2、1015–1024 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kim, J.、Cote, LJ & Huang, J. 二次元の柔らかい材料: 酸化グラフェンの新しい面。 準拠化学。 解像度 45、1356–1364 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Huang, X.、Qi, X.、Boey, F.、Zhang, H. グラフェンベースの複合材料。 化学。 社会改訂 41、666–686 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhao, J.、Pei, S.、Ren, W.、Gao, L. & Cheng, H.-M. 透明導電膜用の大面積酸化グラフェンシートを効率的に作製します。 ACS Nano 4、5245–5252 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

チェン、L.ら。 層間間隔のカチオン制御による酸化グラフェン膜のイオンふるい分け。 ネイチャー 550、380–383 (2017)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Mi、B. ナノ多孔質グラフェン膜のスケールアップ。 サイエンス 364、1033–1034 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Xu, Z. & Gao, C. グラフェンキラル液晶と巨視的に集合した繊維。 ナット。 共通。 2, 571 (2011)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

胡、W.ら。 グラフェンベースの抗菌紙。 ACS Nano 4、4317–4323 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhou、Y.ら。 伸縮性スーパーキャパシタ用の Ti3C2Tx MXene 還元酸化グラフェン複合電極。 ACS Nano 14、3576–3586 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zheng、H.ら。 酸化グラフェンの抗菌用途: 構造と活性の関係、分子開始事象、およびバイオセーフティ。 科学。 ブル。 63、133–142 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Stankovich, S. et al. グラフェンベースの複合材料。 Nature 442、282–286 (2006)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ma, Y.、Zheng, Y.、Zhu, Y. 酸化グラフェンの工業化に向けて。 科学。 チャイナメーター。 63、1861–1869 (2020)。

記事 Google Scholar

Brodie、BCXIII グラファイトの原子量について。 フィロス。 トランス。 R. Soc. ロンド。 149、249–259 (1859)。

ADS Google Scholar

シュタウデンマイヤー、L. 黒鉛酸の製造方法。 約。 ドイツ人 Chem. Ges. 31、1481-1487 (1898)。

記事 CAS Google Scholar

Hummers, WS & Offeman, RE 酸化黒鉛の調製。 混雑する。 化学。 社会 80、1339–1339 (1958)。

記事 CAS Google Scholar

マルカノ、DC 他酸化グラフェンの合成が改善されました。 ACS Nano 4、4806–4814 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hon, Y.、Wang, Z. & Jin, X. グラフェン調製のための硫酸インターカレーション酸化グラファイト。 科学。 議員第 3 号、3439 (2013)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lin, L.、Peng, H. & Liu, Z. グラフェン産業における合成の課題。 ナット。 メーター。 18、520–529 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Peng、L.ら。 単層酸化グラフェンを 1 時間で製造する鉄ベースのグリーン アプローチ。 ナット。 共通。 6, 5716 (2015)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

チャオ、ユウ、ワン、C.-F. & Chen, S. フェロ誘起酸化による酸化グラフェンへの容易なアクセス。 科学。 議員 6、17071 (2016)。

記事 ADS Google Scholar

Yang, S.、Lohe, MR、Muellen, K. & Feng, X. 電気化学的アプローチによる新世代グラフェン: 製造と応用。 上級メーター。 28、6213–6221 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヤン、Ｓ．ら。 高品質グラフェンの拡張可能な生産のための有機ラジカル支援電気化学剥離。 混雑する。 化学。 社会 137、13927–13932 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ペイ、S.、ウェイ、Q.、ファン、K.、チェン、H.-M. & Ren, W. 数秒のタイムスケールの水電解酸化による酸化グラフェンのグリーン合成。 ナット。 共通。 9、145（2018）。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

グルジェンダ、B. et al. 過塩素酸水溶液中での電気化学的酸化による酸化グラファイトの合成。 カーボン 100、540–545 (2016)。

記事 Google Scholar

Yu、P.ら。 機械支援による電気化学的酸化グラフェンの製造。 化学。 メーター。 28、8429–8438 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

ウー、L.ら。 膨張黒鉛の電気化学的インターカレーション剥離により高収率で製造された数層グラフェンの粉末、紙、発泡体。 Small 10、1421–1429 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Tian、Z.ら。 調整可能な化学を使用して酸化グラファイトを製造するための簡単な電気化学的アプローチ。 カーボン 112、185–191 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Dimiev, AM & James, MT 酸化グラフェン形成のメカニズム。 ACS Nano 8、3060–3068 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

キム、J.ら。 温度制御により純水中で二次元材料を直接剥離・分散します。 ナット。 共通。 6、8294 (2015)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

リー、Ｚら。 グラフェン製造のための液相剥離のメカニズム。 ACS Nano 14、10976–10985 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

そう、C.ら。 リアルタイムモニタリング機能により、グラファイトのマイクロ流体酸化を 2 分で実行します。 上級メーター。 34、2107083 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Suk、JW、Piner、RD、An、JH、Ruoff、RS 単層酸化グラフェンの機械的性質。 ACS Nano 4、6557–6564 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Tian, Z.、Cao, K.、Bai, S.、He, G. & Li, J. 廃トナーパウダーの 3D 酸化グラフェンヒドロゲルへのワンポット変換。 ACSサステイン。 化学。 工学 7、496–501 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Tian、Z.ら。 高導電性硫黄ドープ還元酸化グラフェンシートを容易に合成。 物理学。 化学。 化学。 物理学。 18、1125–1130 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ムーサ、H. et al. 効率的な太陽光駆動型光触媒のためのソルボサーマル反応によって調製された ZnO ロッド/還元酸化グラフェン複合体。 応用カタル。 B. 185、11–21 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Tian、Z.ら。 窒素ドープ還元酸化グラフェンヒドロゲルのワンポット水熱合成。 科学。 上級メーター。 7、1415–1423 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Qin, X. et al. Cd(II) イオンと Pb(II) イオンを効率的に吸着するコハク酸セルロースを合成するための環境に優しい技術です。 RSC アドバンス 6、26817–26825 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Du, J.、Zhu, H.、Li, Y.、Zhang, T. & Yang, C. オシロポーラログラフ二次微分波による亜鉛電解質中の微量 Cu2+、Cd2+、Ni2+、Co2+ の同時測定。 トランス。 非鉄金属。 社会中国 28、2592–2598 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

GKラメシャほかアニオン染料およびカチオン染料に対する効果的な吸着剤としてのグラフェンおよび酸化グラフェン。 Ｊ．コロイド。 インターフェース科学。 361、270–277 (2011)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

エル・シャーカウェイ、EA 他ポリアニリン/酸化グラフェンまたはポリアニリン/還元酸化グラフェン複合材料を使用した水溶液からのメチレンブルーの除去。 環境。 テクノロジー。 41、2854–2862 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

グエン・ファンTD 他二酸化チタン/酸化グラフェン複合体の吸着増強光触媒における酸化グラフェン含有量の役割。 化学。 工学 J. 170、226–232 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Huang、H.ら。 工業廃水から Cr(VI)、Cu(II)、Pb(II)、Cd(II) を除去するためのアミノ官能化酸化グラフェン。 開ける。 化学。 18、97–107 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Masoudzadeh, M. & Karachi, N. カルボキシル化ナノ多孔質グラフェン (G-COOH) を使用した廃水からのカドミウム イオンの除去。 ユーラシア人。 J.アナル。 化学。 13、1–10 (2018)。

記事 Google Scholar

Bai, S. et al. 吸着剤として落花生の殻から多孔質バイオマス炭を簡単に調製できます。 科学。 議員 10、15845 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Musielak、M. et al. 水から金属イオンを高効率で除去する酸化グラフェン/カーボン ナノチューブ メンブレン。 ACS アプリケーション。 メーター。 インターフェイス 11、28582–28590 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リー、B.ら。 サトウキビバガス抽出物による酸化グラフェンのグリーンリダクションと水溶液中のカドミウム除去への応用。 J. クリーン。 製品。 189、128–134 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

ビアン、Y.ら。 水性カドミウムイオン除去に対する酸化グラフェンの酸素含有官能基の影響。 応用サーフィン。 科学。 329、269–275 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Qi, C.、Zhao, L.、Lin, Y. & Wu, D. 水から染料を除去するための新しい濾過材としての酸化グラフェン/キトサンスポンジ。 Ｊ．コロイド。 インターフ。 科学。 517、18–27 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ルート、DR 他有機および無機汚染物質を効果的に吸着するグラフェンベースの材料: 批判的かつ包括的なレビュー。 科学。 トータル環境。 863、160871 (2023)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Huong、PTL et al. 機能性マンガンフェライト/酸化グラフェンナノ複合材料: 水溶液からの有機MB色素と無機As(V)イオンの吸着機構に対する酸化グラフェンの影響。 RSC アドバンス 8、12376–12389 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

モラ、A.ら。 酸化グラフェンへの有機色素の選択的吸着: 理論的および実験的分析。 応用サーフィン。 科学。 464、170–177 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

アリアス、FA 他環境に優しい還元酸化グラフェンにメチレンブルーを吸着。 ナノマテリアル 10、681 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Deshwal、N. et al. 酸化グラフェンを使用した有害な金属/金属イオンの除去に関する最近の進歩に関するレビュー: 実験的および理論的アプローチ。 科学。 トータル環境。 858、159672 (2023)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Tan, P. et al. 単一金属水溶液からの酸化グラフェン膜への Cu2+、Cd2+、Ni2+ の吸着。 J.ハザード。 メーター。 297、251–260 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Chen, Y. & Yang, X. 重金属イオン分離のためのアモルファス構造を持つ層状 GO 膜の分子シミュレーション。 J.膜科学。 660、120863 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Calimli, MH et al. 還元酸化グラフェン担持ナノ吸着剤におけるメチレンブルー色素の調製、特性評価、および吸着速度論。 Ｊ．Ｍｏｌ． リク。 309、113171 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

リー、C.ら。 酸化グラフェン-キトサン-ポリ（ビニルアルコール）ヒドロゲルへの単一金属水溶液からのCd2+とNi2+の吸着。 ラングミュア 35(13)、4481–4490 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang、L.ら。 廃水から重金属イオンを効率的に除去するためのグラフェンベースの多孔質複合ヒドロゲル。 9月、プリフ。 テクノロジー。 305、122484 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Peng, W.、Li, H.、Liu, Y.、Song, S. 酸化グラフェンとその複合材料による水からの重金属イオンの吸着に関する総説。 Ｊ．Ｍｏｌ． リク。 230、496–504 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

この研究は、平頂山大学のハイレベル人材スタートアップ基金プログラム (PXY-BSQD2016010) および国家育成基金 (PXY-PYJJ2017001)、中国自然科学財団 (11904092)、および湖南省によって支援されました。自然科学財団 (2019JJ50028)。

河南省化学環境工学部 生殖質イノベーションと環境経済木質植物利用の重要研究室、平頂山大学、威来路、平頂山、467000、中国

Kesheng Cao、Zhengshan Tian、Yabo Wang

池州大学機械電気工学院、池州市、247000、中国

張荀佑

湖南市立大学情報電子工学部、Yingbin East Road、Yiyang、413000、中国

朱秋祥

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

KC がアイデアを思いつき、ZT が実験を設計し、XZ が主な原稿テキストを書き、YW と QZ が図を作成しました。 1、2、3、4、5、6、7。著者全員が原稿をレビューしました。

Zhengshan Tian または Zunyou Zhang への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Cao, K.、Tian, Z.、Zhang, X. 他吸着剤としての酸化グラフェンナノシートのグリーンな調製。 Sci Rep 13、9314 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36595-2

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 8 月 6 日

受理日: 2023 年 6 月 6 日

公開日: 2023 年 6 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36595-2

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティ ガイドラインに従うことに同意したことになります。 虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。