四氧化三鐵負(fù)載石墨烯復(fù)合材料在化學(xué)發(fā)光中應(yīng)用

聶濤濤，楊萍，胡俊，劉松蘭，孫向飛

（安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001）

1 研究背景和意義

化學(xué)發(fā)光分析法原理上無任何外來光源，提高檢測(cè)的信噪比。并隨著光電檢測(cè)技術(shù)最近不斷發(fā)展,化學(xué)發(fā)光分析法具有靈敏度高、線性寬范圍、儀器設(shè)備操作簡(jiǎn)單、分析相對(duì)較快等一系列的優(yōu)點(diǎn)[1-3]。在二十一世紀(jì)初在環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、等領(lǐng)域低含量組分的分析中得到迅速的發(fā)展。而過氧化氫(H2O2)因其具有氧化漂白和易分解等特點(diǎn)，被廣泛的用于食品和工業(yè)生產(chǎn)中，所以我們對(duì)于化學(xué)發(fā)光體系用于測(cè)定H2O2的含量得到了廣泛研究探討，其中構(gòu)建出的l um i nol-H2O2體系測(cè)定方法具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏、重現(xiàn)性高等優(yōu)點(diǎn)。而基于葡萄糖氧化酶可以氧化葡萄糖產(chǎn)生過氧化氫，于是本文構(gòu)建l um i nol-H2O2體系間接測(cè)定葡萄糖濃度。然而在一般條件下H2O2自分解速度非常緩慢，所以在l um i nol-H2O2體系中一般會(huì)添加過氧化氫模擬酶起増敏作用。而傳統(tǒng)的模擬酶當(dāng)前有不少缺點(diǎn)，如它的合成，分離、回收和再生、催化時(shí)活性位點(diǎn)單一、催化效率低、合成較為復(fù)雜等。隨著納米材料研究的逐漸深入，其比表面積大，活化中心相對(duì)較多，使催化活性和催化效率得到提高，于是各種納米材料受到廣泛的關(guān)注[6-8]。當(dāng)前磁性納米粒子表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)在磁性和生物相容性，因此它們廣泛應(yīng)用于磁共振成像，生物分離和催化等領(lǐng)域，但由于小顆粒尺寸大，比表面積大以及磁性顆粒之間的偶極-偶極相互作用，使得磁性納米粒子自身具有較高的表面能，所以其存在共同的缺點(diǎn)，如聚集、結(jié)晶度差、粒度分布范圍寬，且同石墨烯容易發(fā)生不可逆團(tuán)聚，而使催化活性降低[4-5]。所以通過對(duì)Fe3O4M NPs的表面進(jìn)行特定的修飾，用來降低其它的面能，一方面可以防止納米粒子之間產(chǎn)生團(tuán)聚，另一方面影響它的自身某些催化活性。于是本文提出用還原的氧化石墨烯對(duì)它進(jìn)行修飾，便可得到具有一定的生物兼容性、相對(duì)的親水性以及非常好的穩(wěn)定性的Fe3O4@rGO納米材料模擬酶[6-7]。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 氧化石墨烯的制備與還原

實(shí)驗(yàn)依據(jù)H um m ers法并進(jìn)行并改進(jìn)制備氧化石墨。取100 m g的GO于250 m L三口燒瓶，依次分別加入10 m L PSS和100 uL水合肼，攪拌10 m i n并超聲20 m i n后，控制體系在100℃下回流24 h，便可得到高度分散的黑色液體。

2.2 氧化鐵鐵納米粒子復(fù)合石墨烯材料的制備[8-10]

待上述合成rGO后，采用常壓蒸餾裝置除去三口燒瓶里的水，加入100 m L三乙二醇，然后冷卻到室溫再加入100 m g乙酰丙酮鐵，攪拌10 m i n，超聲20 m i n至其完全溶解后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至278℃并回流半小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)溶液進(jìn)行離心，用去離子水洗3次，真空下干燥24h,即可得到Fe3O4@rGO。

3 結(jié)果與討論

3.1 催化劑結(jié)構(gòu)表征

在圖1氧化石墨烯的紅外圖中，存在幾個(gè)的特征峰，如3585 cm-1處為-OH的伸縮振動(dòng)峰，且與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)比可知-OH處于締合狀態(tài)；2358 cm-1處有弱峰明顯為1623 cm-1處-C=O伸縮振動(dòng)峰的倍頻峰；1623 cm-1處存在的強(qiáng)峰為-C=O伸縮振動(dòng)峰，且與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)比可知由于氧化石墨烯中存在大的共軛體系導(dǎo)致波數(shù)藍(lán)移；1456 cm-1和1072 cm-1處應(yīng)該為O-H的彎曲振動(dòng)峰以及C-O的伸縮振動(dòng)峰。

Fe3O4@rGO的X射線衍射圖。

通過Jade軟件對(duì)合成含鐵、碳、氧的材料進(jìn)行物相分析。由圖2的X射線衍射圖并對(duì)比Fe3O4的XRD標(biāo)準(zhǔn)圖和PDF05-0637、24-0072、01-1053 、04-0755和24-0081標(biāo)準(zhǔn)卡片可以確認(rèn)材料中鐵納米粒子的存在形式為Fe3O4，由此可知材料為Fe3O4@rGO。

3.2 催化劑性能測(cè)試

催化性能（圖3）：

采用流動(dòng)注射進(jìn)樣在最優(yōu)條件下魯米諾濃度為1.0×10-4m ol/L，過氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%，模擬酶的濃度為0.10 m g·m L-1，緩沖溶液的pH為10.0。通過對(duì)比可知Fe3O4模擬酶的加入使得體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度提高了近35倍。所以Fe3O4模擬酶具有高效的催化性能。

圖1 GO的紅外圖

圖2 Fe3O4@rGO的X射線衍射圖

圖3 化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度曲線

圖4 pH與發(fā)光強(qiáng)度

3.3 緩沖溶液的pH對(duì)反應(yīng)體系的影響

探究該因素時(shí)，保證其他變量不變，即魯米諾的濃度為1.0×10-4m ol/L，過氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%，催化劑的濃度為0.10 m g·m L-1。同時(shí)緩沖液的pH。

分別為9.3、9.4、9.6、9.8、10.0、10.1。然后根據(jù)pH的變化與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系作圖，得到圖4緩沖液的pH與發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系圖。

4 結(jié)論

綜上所述，我們通過高溫油相法合成了Fe3O4@rGO模擬酶，即對(duì)Fe3O4M NPs的表面進(jìn)行修飾，以降低其表面能，一方面防止納米粒子團(tuán)聚，另一方面提高了其自身的催化活性。且進(jìn)一步優(yōu)化緩沖溶液的pH。使得Fe3O4@rGO模擬酶能夠提高檢測(cè)的靈敏度，于是我們利用流動(dòng)注射化學(xué)分析法構(gòu)建起一套速度快、靈敏度高、分析成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)方法。