绿色氧化石墨纳米材料
近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构,对所有波段的光都无选择性的吸收,且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年,Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出,脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理,零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收,而且这种可饱和吸收是与频率不相关的,即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。石墨、碳纤维、碳纳米管和GO可以作为荧光受体。绿色氧化石墨纳米材料
![绿色氧化石墨纳米材料,氧化石墨](https://img01.71360.com/w3/86gwpg/20230825/826378428ecdb36aebea8dbdd13be10b.png?wmk=854210496436506624)
在GO还原成RGO的过程中,材料的导电性、禁带特性和折射率都会发生连续变化,形成独特而优异的可调谐型新材料。2014年,澳大利亚微光子学中心贾宝华教授领导的科研小组***发现在用激光直写氧化石墨烯薄膜形成微纳米结构的过程中,材料的非线性可以实现激光功率可控的动态调谐。与传统的非线性材料相比,氧化石墨烯的三阶非线性高出了整整1000倍,随着氧化石墨烯中的氧成分逐渐减少,而非线性也呈现出被动态调谐的丰富变化。不但材料的非线性系数的大小产生改变,其非线性吸收和折射率也发生变化,并且,这种丰富的非线性特性完全可以实现动态操控。官能化氧化石墨浆料GO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙,可以实现超宽谱(从可见至太赫兹波段)探测。
![绿色氧化石墨纳米材料,氧化石墨](https://img01.71360.com/w3/86gwpg/20230825/069cdc98592c34ee06f2406d15ea71aa.png?wmk=854210496436506624)
利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小,Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管(SWCNT),氧化石墨烯片层间的距离明显增加,水通量可达到6600-7200L/(m2.h.MPa),大约是传统纳滤膜水通量的100倍,对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明,GO膜在干燥状态下是真空压实的,但作为分子筛浸入水中后,能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子,半径小于0.45nm的离子渗透速率比自由扩散高出数千倍,且这种行为是由纳米毛细管网络引起的。异常快速渗透归因于毛细管样高压作用于石墨烯毛细管内部的离子。GO薄膜的这一特性在膜分离领域具有非常重要的应用价值。
氧化石墨烯(GO)表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团,且片层间距较大,使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似,而蛋白质本身具有优异的离子识别功能,由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中,再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后,GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠,在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。除此之外,GO由于片层间存在较强的氢键,力学性能优异,易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点,其在水净化领域具有广阔的应用空间。氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸,是一种由物质量之比不定的碳、氢、氧元素构成的化合物。
![绿色氧化石墨纳米材料,氧化石墨](https://img01.71360.com/w3/86gwpg/20230825/09dd771501c0a53400fc752a3f60046f.png?wmk=854210496436506624)
与石墨烯量子点类似,氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应,其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48],当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯,这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似,这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样,这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能,在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态,而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度,可以控制其发光的波长。这一类量子点的光学性质类似于GO,这说明只要片径小于量子点,都会产生同样的光学效应,也就是在结构上存在一个限域岛状SP2杂化的碳或者含氧基团在功能化过程中引入的缺陷状态。当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯。绿色氧化石墨纳米材料
氧化石墨烯(GO)的光学性质与石墨烯有着很大差别。绿色氧化石墨纳米材料
氧化石墨烯(GO)的光学性质与石墨烯有着很大差别。石墨烯是零带隙半导体,在可见光范围内的光吸收系数近乎常数(~2.3%);相比之下,氧化石墨烯的光吸收系数要小一个数量级(~0.3%)[9][10]。而且,氧化石墨烯的光吸收系数是波长的函数,其吸收曲线峰值在可见光与紫外光交界附近,随着波长向近红外一端移动,吸收系数逐渐下降。对紫外光的吸收(200-320nm)会表现出明显的π-π*和n-π*跃迁,而且其强度会随着含氧基团的出现而增加[11]。氧化石墨烯(GO)的光响应对其含氧基团的数量十分敏感[12]。随着含氧基团的去除,氧化石墨烯(GO)在可见光波段的的光吸收率迅速上升,**终达到2.3%这一石墨烯吸收率的上限。绿色氧化石墨纳米材料