论文发表:石墨烯在分析科学中的应用新进展(附带修改说明) .doc
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1、修改说明尊敬的编辑、审稿专家:感谢您对我们稿件(稿件编号:20110106001)提出宝贵意见,我们根据专家意见对综述石墨烯在分析科学中的应用进展进行认真修改,现对修改的地方逐一说明如下。1 因为文章所引的文献是最近几年的,所以建议题目改为石墨烯在分析科学中的应用新进展。【修改说明】按照修改意见将题目修改为石墨烯在分析科学中的应用新进展;2 英文摘要中 “and it has shown great promise in many application” 建议改为 “and it has shown great prospect in many application”.【修改说明】按照修改
2、意见修改;3 文章中所引文献量较大,需要作必要的删减,如文献2-5可考虑删除。此外,有关石墨烯的表征方法1.3节可考虑删除,重点综述在分析科学中的应用。文献引用时要注意,相邻序号的文献之间要用“, ”隔开,而非“-”。文章多处出现类似问题需核实。如6-7 应为6,7, 37-38应为37,38等。参考文献的作者要引全不要省略,文献的引用要有代表性如微机械剥离法最早的文献报道在Science, 2004,306(5696):666。【修改说明】鉴于专家提出的引用文献量较大的意见,修改稿中对文献做了一些删除。首先,删除了前言中纳米电子器件、传感器、储能、生物医学所引用的文献;其次,也删除了1.3节
3、石墨烯的表征方法以及所引用的文献;最后,为了使文献的引用具有代表性,按照专家意见,表1增加了最早的文献报道 Science, 2004,306(5696):666 669. 另外,相邻序号的文献之间已改用“,”隔开。专家意见提出“参考文献的作者要引全不要省略”,作者参考贵刊征稿简则的说明,只列出前三名作者并加等或者et al.,如需要可以补全全部作者信息。4 在第二页的1中, 有关石墨烯的描述可与前言部分有机合并,所以小标题应改为:石墨烯的制备及其化学修饰。1.2 的标题应为:化学修饰方法。在2.3中原标题题目偏大,考虑到只是涉及荧光方面的文献,建议改为:石墨烯在荧光分析中的应用。【修改说明】
4、按照专家意见,将有关石墨烯的描述与前言部分进行了合并;同时将标题“石墨烯及其制备、修饰及表征方法”修改为“石墨烯的制备及其化学修饰”;其次1.2的标题“修饰方法”也按照专家意见调整为“化学修饰方法”;按照专家意见将2.3标题“石墨烯在光谱分析中的应用”修改为“石墨烯在荧光分析中的应用”。5 文字方面的描写要注意有机衔接,以提高文章的可读性。【修改说明】论文作者对文字表述再次进行推敲,并加以润色处理。【补充说明】6 作者跟踪石墨烯研究进展,补充了有关石墨烯的最新文献,在2.1节中增加了用石墨烯做萃取涂层的搅拌棒吸附萃取,以使内容更全面。将2.1标题“基于石墨烯的固相萃取和固相微萃取技术”调整为“
5、基于石墨烯的样品前处理技术”;7 作者重新核实了所引用的文献,根据实际情况将原参考文献的部分信息补充完整,如原参考文献37中的“DOI: 10.1021/jp107057e”,修改为“2011, 115 (1): 195203.”,原参考文献44中的“DOI: 10.1021/la1033178”,修改为“2011, 27 (3): 863865.”石墨烯在分析科学中的应用新进展段彩英,叶能胜,谷学新 段彩英,28岁,硕士生,从事分离富集方法研究。*谷学新 guxuexin,010-68902490国家自然科学基金项目(21005050)、 北京市教育委员会科技计划项目(KM201010028
6、009)和北京市属高等学校人才强教计划资助项目(PHR20100718、PHR201108147)资助(首都师范大学化学系,北京 100048)摘 要 石墨烯因其独特的物理、化学性质在理论研究和应用研究上引起广泛关注,在电化学、分析化学及生命分析化学等领域具有很好的应用前景。本文简要介绍了石墨烯的制备和功能化修饰,并着重结合近年来的文献报道对石墨烯和氧化石墨烯等材料在样品前处理、传感器、荧光分析及质谱分析等方面的应用加以评述。关键词 石墨烯 分析化学 应用 The New Application of Graphene in Analytical ScienceDuan Caiying, Ye
7、 Nengsheng, Gu Xuexin(Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing 100048)Abstract Since the discovery of graphene in 2004, fundamental research and research on applications have increased rapidly, and it has shown great prospect in many applications, such as electrochemistry, analyti
8、cal chemistry and bioanalytical chemistry. In this review, the methods of preparation and functional modification were introduced briefly, and the application of graphene in analytical science, including the sample pre-treatment, sensors, spectrometric analysis and mass spectrometry analysis was hig
9、hlighted. Keywords Graphene, Analytical science, Application 2004年英国科学家Geim课题组首次制备单层石墨烯(graphene) K S Novoselov, A K Geim, S V Morozov et al. Science, 2004, 306(5696): 666 669.,因其在石墨烯方面的卓越成就而荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是以碳原子sp2 杂化构成的单原子层二维晶体,是富勒烯、碳纳米管和石墨等同素异形体的基本组成单元,可看成单层石墨片层 A K Geim, K S Novoselov. Nat. Ma
10、ter., 2007, 6: 183191., J C Meyer, A K Geim, M I Katsnelson. Nature, 2007, 446(7131): 6063.,理论厚度仅为0.35 nm,是目前所发现最薄的二维材料 C N R Rao, A K Sood, K S Subrahmanyam et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48(42): 7752 7777.。由于石墨烯具有特殊的纳米结构及其优异的性能,在理论和实验上受到了极大的关注,在纳米电子器件、传感器、储能、生物医学等多个领域显示出了广泛的应用前景,本文结合近年来的文献报道,
11、侧重评述石墨烯及氧化石墨烯等材料在分析科学领域的最新进展。1 石墨烯的制备及其化学修饰1.1 制备方法近年来,科学家们采用不同的方法实现了石墨烯的制备,其中包括微机械剥离法,化学气相沉积法、外延生长法和氧化石墨还原法,已有文献综述了石墨烯制备方法 S Park, R S Ruoff. Nat. Nanotechnol., 2009, 4(4): 217224., W Choi, I Lahiri, R Seelaboyina et al. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 2010, 35: 5271.,但大规模制备石墨烯仍有待突破 A K Geim. S
12、cience, 2009, 324(5934): 15301534.。石墨烯主要制备方法简要列表(见表1)。表1 石墨烯的制备方法Table 1 Preparation methods of graphene方法制备过程优点不足参考文献微机械剥离法(MicromechanicalCleavage)采用离子束对物质表面刻蚀,并通过机械力对物质表面进行剥离制备石墨烯。得到的产物可保持比较完美的晶体结构,低成本,易操作费时费力,难以精确控制,重复性差,不适合于大规模的生产1, K S Novoselov, D Jiang, F Schedin et al. Proc. Natl. Acad. Sci
13、., 2005, 102(30): 1045110453.- S Akcoltekin, M Ei Kharrazi, B Kohler et al. Nanotechnology, 2009, 20 (15): 155601.- C Knieke, A Berger, M Voigt et al . Carbon, 2010, 48: 31963204.化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)反应物质在气态条件下生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,而制得固体材料。可制备出面积较大的石墨烯片成本较高,工艺复杂 X Li, W Cai, J An et al. Sc
14、ience, 2009, 324(5932): 13121314.- K S Kim, Y Zhao, H Jang et al. Nature, 2009, 457(7230): 706710. - D Wei, Y Liu, Y Wang et al. Nano Lett., 2009, 9: 17521758.- A N Obraztsov. Nat. Nanotechnol., 2009, 4(4): 212213.- J S Barriga, A Varykhalov, M R Scholz et al. Diamond Relat. Mater., 2010, 19: 734741
15、.外延生长法(基于SiC)(Epitaxial graphene growth on SiC)通过加热6H-SiC单晶脱除Si,在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。可用于大规模制备高温条件下难以控制形态和吸附能量 C Berger, Z Song, X Li et al. Science, 2006, 312(5777): 11911196.- D S Lee, C Riedl, B Krauss et al. Nano Lett., 2008, 8 (12): 43204325.- M R Roy, F Zaman, Y Hu et al. Appl. Phys. Lett., 201
16、0, 96: 082112.- A Ouerghi, A Kahouli, D Lucot et al. Appl. Phys. Lett., 2010, 96(19): 191910.氧化石墨还原法(Reduction of graphite oxides)石墨先经化学氧化得到边缘含有含氧基团的石墨氧化物,再通过超声得到单原子层厚度的石墨烯氧化物,进一步还原得到石墨烯。可得到独立的单层石墨烯片,产量高,应用广泛制备的石墨烯存在着一定的缺陷 J R Lomeda, C D Doyle, D V Kosynkin et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(48):
17、1620116206.- Y Xu, H Bai, G Lu et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(18): 58565857.- S Park, J An, R D Piner et al. Chem. Mater., 2008, 20: 65926594.- V C Tung, M J Allen, Y Yang et al. Nat. Nanotechnol., 2009, 4(1): 2529.- D Li, M B Muller, S Gilje et al. Nat. Nanotechnol., 2008, 3(2): 101105.1.2 化学修
18、饰方法石墨烯的功能化修饰是石墨烯研究的重要课题,通过石墨烯的化学修饰来改善其物理、化学性质,进一步扩大应用领域。最近,已有专题报道了石墨烯的功能化研究进展 P Lu, Y Y Feng, X Q Zhang. Sci. China. Tech. Sci., 2010, 53(9): 23112319., D W Boukhvalov, M I Katsnelson. J. Phys.: Condens. Matter, 2009,21: 344205;Loh等 K P Loh, Q Bao, P K Ang et al. J. Mater. Chem., 2010, 20: 115.评述石墨烯
19、的功能化复合材料研究进展。功能化修饰方法主要分为共价键功能化和非共价键功能化两种。共价键功能化是目前研究最为广泛。由于石墨烯表面存在大量的含氧基团,例如羧基、羟基、环氧基等,这些基团可以使一些化合物很容易以共价键的形式接枝在石墨烯表面。据文献报道,目前用于共价修饰的物质可以是生物小分子 Y Cui,S N Kim, S E Jones et al. Nano Lett., 2010, 10: 45594565.、有机小分子 J Choi, K Kim, B Kim et al. J. Phys. Chem. C, 2009, 113 (22): 94339435.- Y Zhu, A L Hi
20、gginbotham, J M Tour. Chem. Mater., 2009, 21(21): 52845291.- L H Liu, M M Lerner, M Yan. Nano Lett., 2010, 10(9): 37543756. S Niyogi, E Bekyarova, M E Itkis et al. Nano Lett., 2010, 10(10): 40614066.、自由基 P A Denis, F Iribarne. J. Phys. Chem. C, 2011, 115 (1): 195203., E R Margine, M L Bocquet, X Bla
21、se. Nano Lett., 2008, 8 (10): 33153319.、聚合物 T A Pham, N A Kumar, Y T Jeong. Synth. Met., 2010, 160: 20282036.- L Q Xu, W J Yang, K G Neoh et al. Macromol., 2010, 43: 83368339.- H He, C Gao. Chem. Mater., 2010, 22(17): 50545064.等,离子液体修饰研究也属于共价修饰方法 H Yang, C Shan, F Li et al., Chem. Commun., 2009, 388
22、03882. 。通过非共价键方法实现对石墨烯的功能化修饰,主要是借助-相互作用 A Nduwimana, X Q Wang. ACS Nano., 2009, 3 (7): 19951999.- V K Kodali, J Scrimgeour, S Kim et al. Langmuir. 2011, 27 (3): 863865.- S Liu, J Tian, L Wang et al. Macromol., 2010, 43(23):1007810083.- H Bai, Y Xu, L Zhao et al. Chem. Commun., 2009, 16671669. 、氢键 X
23、An, T Simmons, R Shah et al. Nano Lett., 2010, 10(11): 42954301.或离子键作用 H Liu, J Gao,M Xue et al. Langmuir, 2009, 25 (20): 1200612010.实现功能化,形成稳定的分散体系,表现独特的性质。2 石墨烯在分析科学中的应用2.1 基于石墨烯的样品前处理技术由于石墨烯具有较大比表面积,富电子的疏水材料,因此,它非常适合于作为固相萃取(SPE)吸附剂。Dong等 X Dong, J Cheng, J Li et al. Anal. Chem., 2010, 82(14): 620
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