本發(fā)明屬于納米碳材料氧化物測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

紫外可見分光光度法是一種根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)波長(zhǎng)為200nm～780nm這一范圍的電磁波的吸收特性所建立起來(lái)的定性、定量和結(jié)構(gòu)分析方法，其具有操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。如對(duì)于納米碳材料來(lái)說(shuō)，尤其當(dāng)其應(yīng)用于電子器件中時(shí)，需要測(cè)定其還原前后的帶隙寬度的變化。

以氧化石墨烯(grapheneoxide，簡(jiǎn)稱go)為例，紫外可見分光光度法可以表征其還原反應(yīng)的發(fā)生情況，具體為通過(guò)對(duì)應(yīng)于π-π*躍遷的吸收峰(對(duì)應(yīng)于227nm左右)在還原反應(yīng)后的紅移程度、以及整個(gè)吸收光譜區(qū)間的吸收增強(qiáng)，來(lái)表征獲得的還原態(tài)氧化石墨烯(reducedgo，簡(jiǎn)稱rgo)中的π共軛網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)情況。但是，當(dāng)go的還原程度較高時(shí)，其在水中分散性差、容易團(tuán)聚，導(dǎo)致紫外可見吸收光譜信號(hào)較弱、吸收峰較難出現(xiàn)等問題。

為解決上述問題，研究者們一般采用刻意控制go的還原程度以滿足測(cè)試要求或采用固相法進(jìn)行測(cè)試；然而，當(dāng)go的還原程度較淺時(shí)，雖然能夠進(jìn)行測(cè)試，但是限定了rgo的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是電子器件中；而采用固相法測(cè)試則需要較大量的粉末狀待測(cè)樣品，這也對(duì)測(cè)試提出了較高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法，該測(cè)試方法通過(guò)界面限定對(duì)測(cè)試制樣過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，僅使用微量樣品即可滿足測(cè)試要求，并且還避免了深度的還原反應(yīng)所造成的團(tuán)聚等難以測(cè)試的問題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法，包括步驟：

s1、將納米碳材料氧化物的懸濁液涂覆于測(cè)試承載座上，經(jīng)干燥在所述測(cè)試承載座上獲得納米碳材料氧化物膜；

s2、采用紫外可見分光光度法對(duì)所述納米碳材料氧化物膜的吸光性能進(jìn)行測(cè)試，獲得還原前參數(shù)；

s3、對(duì)所述納米碳材料氧化物膜進(jìn)行原位還原處理，獲得還原態(tài)納米碳材料膜；

s4、采用與所述步驟s2相同的方法對(duì)所述還原態(tài)納米碳材料膜的吸光性能進(jìn)行測(cè)試，獲得還原后參數(shù)；

s5、對(duì)比所述還原前參數(shù)和所述還原后參數(shù)，獲得所述納米碳材料氧化物的還原程度對(duì)其吸光性能及結(jié)構(gòu)的影響。

進(jìn)一步地，所述納米碳材料氧化物為氧化石墨烯。

進(jìn)一步地，所述納米碳材料氧化物在所述測(cè)試承載座上的用量為1.7×10^-2mg/cm²～0.6mg/cm²。

進(jìn)一步地，所述納米碳材料氧化物的懸濁液的濃度為0.04mg/ml～4mg/ml，體積為0.3ml～1.5ml。

進(jìn)一步地，在所述步驟s3中，對(duì)所述納米碳材料氧化物膜進(jìn)行原位還原處理的具體方法包括：將所述納米碳材料氧化物膜置于飽和水合肼蒸汽條件下，并于60℃～100℃下保持1h～3h；或?qū)⑺黾{米碳材料氧化物膜置于130℃～250℃下保持15min～5h。

進(jìn)一步地，所述測(cè)試承載座為石英比色皿或石英玻璃片。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述測(cè)試承載座為石英比色皿時(shí)，將所述納米碳材料氧化物的懸濁液涂覆于所述石英比色皿的至少一個(gè)石英玻璃材質(zhì)的內(nèi)壁和/或至少一個(gè)石英玻璃材質(zhì)的外壁上。

進(jìn)一步地，所述還原前參數(shù)包括所述納米碳材料氧化物的π-π*躍遷的吸收峰以及吸收光譜區(qū)間的吸收強(qiáng)度；所述還原后參數(shù)包括還原態(tài)的納米碳材料氧化物的π-π*躍遷的吸收峰以及吸收光譜區(qū)間的吸收強(qiáng)度。

本發(fā)明基于紫外可見分光光度法，采用界面受限的制樣方法，使得待測(cè)試樣品受到界面的限制，從而當(dāng)進(jìn)行原位還原反應(yīng)后，不會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，可以保持納米碳材料氧化物樣品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，從而保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定可靠，且給紫外可見吸收光譜的測(cè)試過(guò)程帶來(lái)了極大的便利。根據(jù)本發(fā)明的基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法還能夠通過(guò)懸濁液濃度及加液量實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品濃度及吸收光譜信號(hào)強(qiáng)弱的控制。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法的步驟流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的go在原位還原反應(yīng)前后的紫外可見吸收光譜對(duì)比圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的go在原位還原反應(yīng)前后的紫外可見吸收光譜對(duì)比圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3及對(duì)比例1的不同含量的go的紫外可見吸收光譜對(duì)比圖；

圖5是圖4中曲線(a)、(a)、(b)的局部放大圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的對(duì)比例的go在原位還原反應(yīng)前的紫外可見吸收光譜圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的對(duì)比例的go在原位還原反應(yīng)后的紫外可見吸收光譜圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。

實(shí)施例1

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法的步驟流程圖。

具體參照?qǐng)D1，根據(jù)本實(shí)施例的基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法具體包括下述步驟：

步驟s1、將納米碳材料氧化物的懸濁液涂覆于測(cè)試承載座上，經(jīng)干燥在測(cè)試承載座上獲得納米碳材料氧化物膜。

在本實(shí)施例中，該納米碳材料氧化物具體選用氧化石墨烯(以下簡(jiǎn)稱go)；一般地，控制測(cè)試承載座上的go的量為1.7×10^-2mg/cm²～0.6mg/cm²即可，具體可采用0.3ml～1.5ml濃度為0.04mg/ml～4mg/ml的go懸濁液，待干燥后，即獲得其中g(shù)o為上述含量的go膜。

當(dāng)然，當(dāng)配置好一定濃度的go懸濁液后，若預(yù)定體積無(wú)法達(dá)到其在測(cè)試承載座上完全鋪展的目的，可以繼續(xù)向該測(cè)試承載座上補(bǔ)充該go懸濁液中的溶劑。

具體地，為了匹配紫外可見分光光度計(jì)，測(cè)試承載座一般以石英玻璃為材質(zhì)，其可以是石英比色皿或石英玻璃片；同時(shí)，當(dāng)采用石英比色皿時(shí)，考慮比色皿相對(duì)的一般結(jié)構(gòu)為一組相對(duì)的毛玻璃片與一組相對(duì)的石英玻璃片交替排布，可以將納米碳材料的懸濁液涂覆于至少一片石英玻璃片的內(nèi)壁和/或外壁上。

更為具體地，在本實(shí)施例中，go懸濁液的濃度為0.78mg/ml，體積為0.5ml，且其涂覆在石英比色皿的一片石英玻璃片的外壁上并充分鋪展開。

值得說(shuō)明的是，一般采用10mm的石英比色皿作為測(cè)試承載座，其有效承載面積為3.6cm²；由此，上述加液量以及對(duì)應(yīng)的濃度范圍并非是任意搭配的，一般來(lái)講，當(dāng)加液量為0.3ml左右時(shí)，控制濃度范圍為0.2mg/ml-7.2mg/ml，當(dāng)加液量為1.5ml左右時(shí)，控制濃度范圍為0.04mg/ml-1.4mg/ml。這是因?yàn)?，若加液量太?少于0.3ml)，即使繼續(xù)添加溶劑，在石英比色皿的表面上也不容易使納米碳材料氧化物分散開；若加液量太多(多于1.5ml)，則滴加的懸濁液容易從石英比色皿的表面溢出。但是，在本實(shí)施例中，考慮到go懸濁液濃度太大時(shí)會(huì)發(fā)生部分團(tuán)聚現(xiàn)象，因此采用的go懸濁液的濃度通常小于4mg/ml。

步驟s2、采用紫外可見分光光度法對(duì)納米碳材料氧化物膜的吸光性能進(jìn)行測(cè)試，獲得還原前參數(shù)。

在本實(shí)施例中，此處所述的還原前參數(shù)具體指go的π-π*躍遷的吸收峰以及其在吸收光譜區(qū)間的吸收強(qiáng)度。

本實(shí)施例中g(shù)o在原位還原反應(yīng)前的紫外可見吸收光譜圖如圖2所示；從圖2中可以看出，其對(duì)應(yīng)的(a)曲線的π-π*躍遷的吸收峰位于225.8nm處。

步驟s3、對(duì)納米碳材料氧化物膜進(jìn)行原位還原處理，獲得還原態(tài)納米碳材料膜。

在本實(shí)施例中，對(duì)go膜進(jìn)行原位還原處理的具體方法為：將go膜在飽和水合肼蒸汽條件下置于烘箱中，控溫于80℃下保持1h，獲得rgo膜。當(dāng)然，當(dāng)采用該方法進(jìn)行原位還原處理時(shí)，其還原溫度及時(shí)間不限于本實(shí)施例中所述，一般控制在60℃～100℃下保持1h～3h即可。

步驟s4、對(duì)還原態(tài)納米碳材料膜的吸光性能進(jìn)行測(cè)試，獲得還原后參數(shù)。

采用與步驟s2中相同的方法對(duì)該rgo膜的吸光性能進(jìn)行測(cè)試，具體獲得rgo的π-π*躍遷的吸收峰以及其在吸收光譜區(qū)間的吸收強(qiáng)度，見圖2中(b)曲線；以下，為區(qū)別go和rgo的上述兩種參數(shù)，分別以反應(yīng)前π-π*躍遷吸收峰、反應(yīng)后π-π*躍遷吸收峰、反應(yīng)前吸收強(qiáng)度和反應(yīng)后吸收強(qiáng)度來(lái)表示。

s5、對(duì)比還原前參數(shù)和還原后參數(shù)，獲得納米碳材料氧化物的還原程度對(duì)其吸光性能及結(jié)構(gòu)的影響。

從圖2中可以看出，反應(yīng)后π-π*躍遷吸收峰位于265.29nm處，較反應(yīng)前π-π*躍遷吸收峰的225.8nm發(fā)生了紅移，并且大于244nm范圍內(nèi)波段的反應(yīng)后吸收強(qiáng)度較反應(yīng)前吸收強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，說(shuō)明rgo中的π共軛網(wǎng)絡(luò)得到了修復(fù)。

實(shí)施例2

在實(shí)施例2的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于，在步驟s1中，go懸濁液的濃度為0.50mg/ml，體積為0.6ml；在步驟s3中，將go膜置于烘箱中，并控溫于200℃下保持1h，獲得rgo膜；其余參照實(shí)施例1中所述。

本實(shí)施例中g(shù)o在原位還原反應(yīng)前后的紫外可見吸收光譜圖如圖3所示。從圖3中可以看出，(a)曲線中反應(yīng)前π-π*躍遷吸收峰由225.8nm紅移至(b)曲線中反應(yīng)后π-π*躍遷吸收峰的261.92nm處，并且大于239nm的反應(yīng)后吸收強(qiáng)度較反應(yīng)前吸收強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，說(shuō)明rgo中的π共軛網(wǎng)絡(luò)得到了修復(fù)。

當(dāng)然，當(dāng)采用本實(shí)施例中所述的原位還原處理時(shí)，其還原溫度及時(shí)間并不限于本實(shí)施例中所述，一般將納米碳材料氧化物膜置于130℃～250℃下保持15min～5h即可。

實(shí)施例3

在實(shí)施例3的描述中，與實(shí)施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例1的不同之處。實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同之處在于，在步驟s1中，go的用量分別為0.15mg、0.3mg、0.6mg和2mg，對(duì)應(yīng)分別由300μl的濃度分別為0.5mg/ml、1mg/ml和2mg/ml的go懸濁液以及1ml的濃度為2mg/ml的go懸濁液獲得；其余參照實(shí)施例1中所述。

在本實(shí)施例中，由于300μl的加液量難以使?jié)舛葹?mg/ml和2mg/ml的go懸濁液中的go有效鋪展開，因此通過(guò)繼續(xù)添加溶劑的方式來(lái)克服該操作問題。

由此說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的基于紫外可見分光光度法的納米碳材料氧化物的測(cè)試方法還能通過(guò)懸濁液濃度及加液量實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品濃度及吸收光譜信號(hào)強(qiáng)弱的控制。

本實(shí)施例中四種不同用量的go的紫外可見吸收光譜圖如圖4及圖5所示。在圖4和圖5中，(a)、(b)、(c)、(d)四條曲線分別對(duì)應(yīng)表示上述四種用量的go樣品。

為了合理確定測(cè)試承載座上納米碳材料氧化物的用量，在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

對(duì)比例1

在對(duì)比例1的描述中，與實(shí)施例3的相同之處在此不再贅述，只描述與實(shí)施例3的不同之處。對(duì)比例1與實(shí)施例3的不同之處在于，對(duì)比例1中采用了另外兩種不同用量的go，分別記為(a)和(b)，其中(a)中用量為0.06mg，(b)中用量為2.9mg，其對(duì)應(yīng)的go的懸濁液的濃度分別為0.2mg/ml和2.4mg/ml、體積分別為300μl和1.2ml。

本對(duì)比例中兩種不同用量的go的紫外可見吸收光譜圖如圖4及圖5所示。在圖4和圖5中，(a)、(b)兩條曲線分別對(duì)應(yīng)表示上述兩種用量的go樣品。

從圖4和圖5中可以看出，(a)-(d)和(a)的反應(yīng)前π-π*躍遷吸收峰分別位于226nm、228nm、226nm、227nm和230nm處，吸收強(qiáng)度分別為0.36、0.72、1.45、3.67和0.15，(b)的濃度太大以致信號(hào)飽和，因此無(wú)法測(cè)出特征吸收峰。在(a)中，go的特征吸收峰測(cè)量值為230nm，超出了225nm-228nm的正常范圍，這是由于樣品濃度太小，以致特征吸收峰強(qiáng)度太低，進(jìn)而導(dǎo)致的誤差較大所致，因此測(cè)試時(shí)盡量選擇大于該濃度(0.0167mg/cm²)的測(cè)試范圍，即選擇0.017mg/cm²作為測(cè)試的濃度下限；在(b)中，只是在200nm-250nm波段的吸收強(qiáng)度已經(jīng)大于10，信號(hào)達(dá)到飽和，表明此時(shí)的樣品濃度(0.8mg/cm²)剛剛超過(guò)濃度的最大值，由于go的還原會(huì)使得其特征吸收峰強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，因此需要控制go樣品的特征吸收強(qiáng)度低于5，給go樣品的還原后吸收強(qiáng)度的增大留出空間，因此選擇低于(b)(0.8mg/cm²)且略大于(d)(0.56mg/cm²)的濃度、即0.6mg/cm²作為測(cè)試的濃度上限?；趯?shí)施例3及對(duì)比例1中的不同用量的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，最終確定合適的用量范圍為1.7×10^-2mg/cm²～0.6mg/cm²，對(duì)應(yīng)到10mm的石英比色皿上，納米碳材料氧化物的懸濁液的濃度為0.04mg/ml～4mg/ml、體積為0.3ml～1.5ml。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，一般采用上述對(duì)go的原位還原處理，均會(huì)獲得還原程度較深的rgo；為了驗(yàn)證本申請(qǐng)中測(cè)試方法的可行性，采用現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)試方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

對(duì)比例2

在該對(duì)比例中，其參照下述步驟進(jìn)行測(cè)試：

步驟q1、將go懸濁液置于石英比色皿中，并進(jìn)行吸光性能測(cè)試。

本對(duì)比例中g(shù)o懸濁液的濃度為0.06mg/ml。

該吸光性能測(cè)試結(jié)果如圖6所示；從圖6中可以看出，go的π-π*躍遷吸收峰位于227.5nm處。

步驟q2、將該go懸濁液進(jìn)行原位還原處理，并進(jìn)行吸光性能測(cè)試。

具體來(lái)講，其進(jìn)行原位還原處理的具體方法為：將go懸濁液被水合肼在80℃下還原1h，其中g(shù)o和水合肼(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為85％)的用量比例為1mg:1μl。

通過(guò)對(duì)比go在原位還原處理前后的直觀顏色，可以發(fā)現(xiàn)，其由棕黃色變成了黑色，說(shuō)明還原反應(yīng)使得碳結(jié)構(gòu)中的共軛網(wǎng)絡(luò)得到了部分修復(fù)?？紤]還原反應(yīng)后會(huì)發(fā)生團(tuán)聚結(jié)塊，使得懸濁液中的rgo片層變少，因此為了增強(qiáng)紫外可見吸收光譜的信號(hào)強(qiáng)度，在后續(xù)的rgo的紫外可見吸收光譜測(cè)試中，將樣品的濃度提高到1.6mg/ml，其吸光性能測(cè)試結(jié)果如圖7所示；從圖7中可以看出，在該高濃度的go還原物的條件下，仍然沒有測(cè)試到rgo的明顯吸收峰。由此說(shuō)明由于納米碳材料氧化物在原位還原后易出現(xiàn)的團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象，采用現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)試方法已無(wú)法適應(yīng)深還原強(qiáng)度的還原態(tài)的納米碳材料的吸光性能測(cè)試。

雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。