JP6373771B2 - Method for producing graphene oxide sheet - Google Patents

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本発明は、酸化グラフェンシートの製造方法に関し、特に、原料にカーボンナノホーン集合体を用いた酸化グラフェンシートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a graphene oxide sheet, and particularly relates to a method for producing a graphene oxide sheet using a carbon nanohorn aggregate as a raw material.

グラフェンは、1原子厚さのシート状物質であり、sp2結合した炭素原子により形成された蜂の巣状の結晶格子で形成されている。グラフェンは、可視から赤外までの広い波長範囲の光に対する高い透明性、良好な電気伝導性・熱伝導性などの優れた特性があり、透明導電膜用の材料をはじめ、多様な可能性を有する素材として注目を集めている。 Graphene is a sheet-like substance having a thickness of 1 atom, and is formed of a honeycomb-like crystal lattice formed by sp 2 bonded carbon atoms. Graphene has excellent properties such as high transparency to light in a wide wavelength range from visible to infrared, and good electrical and thermal conductivity, and has various possibilities including materials for transparent conductive films. Has attracted attention as a material.

グラフェンを製造する方法としては、化学的酸化剥離法、エピタキシャル成長法、化学気相成長(CVD)法等の多くの方法が続々と開発されている。なかでも、CVD法は、高品質グラフェンの調製を制御することができる主要な方法である。一方、化学的酸化剥離法は、グラファイトから酸化グラフェン(以下、「GO」と称することもある)が簡単に作られ(非特許文献1〜4)、それを還元してグラフェンの大量生産が期待されている。   As a method for producing graphene, many methods such as a chemical oxidation peeling method, an epitaxial growth method, and a chemical vapor deposition (CVD) method have been developed one after another. Among them, the CVD method is a main method that can control the preparation of high-quality graphene. On the other hand, in the chemical oxidative peeling method, graphene oxide (hereinafter sometimes referred to as “GO”) is easily made from graphite (Non-Patent Documents 1 to 4), and it is expected to reduce the mass production of graphene. Has been.

また、得られるGOは水溶性が高く、近赤外から可視・紫外光領域において発光(蛍光)があり、更に、エポキシ基、水酸基、カルボニル基、カルボン酸基等の酸素官能基が豊富なため機能化もされやすいなどと色々な優れた特性があるため、バイオ分野への応用にも注目されている。最近では、酸化ナノグラフェンを用いて、細胞イメージングや薬物配達(DDS:Drug delivery system)への応用可能性が報告されている(非特許文献5〜7)。   In addition, the obtained GO is highly water-soluble, emits light (fluorescence) in the near-infrared to visible / ultraviolet region, and is rich in oxygen functional groups such as epoxy groups, hydroxyl groups, carbonyl groups, and carboxylic acid groups. Because it has various excellent characteristics such as being easily functionalized, it is also attracting attention for applications in the bio field. Recently, the possibility of application to cell imaging and drug delivery (DDS) using nanographene oxide has been reported (Non-Patent Documents 5 to 7).

しかし、化学的酸化剥離法により得られたGOシートは、原料であるグラファイトの結晶粉末の粒子サイズが均一ではないため、サイズ及び層数などの構造的特徴を制御するのが難しく、様々なサイズのGOシートになり、その大きさ(幅、長さ)は、大体100nm〜数十μmになってしまう。GOシートを、バイオ・医療分野への応用する場合には100nm以下の小さなGOが要求されるため、更に分離精製する必要がある。   However, the GO sheet obtained by the chemical oxidation delamination method is difficult to control structural features such as size and number of layers because the particle size of the graphite crystal powder as a raw material is not uniform. The size (width, length) of the GO sheet is about 100 nm to several tens of μm. When a GO sheet is applied to the bio / medical field, a small GO of 100 nm or less is required, and therefore it is necessary to further separate and purify it.

原料のグラファイトの酸化剥離処理条件、例えば処理時間の延長や温度を高めにするなどによって微小なGOシートを作成することが可能であるが、作製したGOシートの構造欠陥が多い。また、作製したGOシートのサイズ(幅、長さ)をコントロールするのが難しく、様々なサイズが混合して共存している。
また、原料に短いカーボンナノチューブを用いて、小さい幅のシート(ナノリボン)の作製も可能であるが(非特許文献8、9)、僅かな量しか合成できず、シートの長さの調整も難しい。
Although it is possible to produce a fine GO sheet by subjecting the raw material graphite to an oxidative exfoliation treatment condition such as extending the treatment time or increasing the temperature, there are many structural defects in the produced GO sheet. In addition, it is difficult to control the size (width, length) of the manufactured GO sheet, and various sizes coexist.
Although it is possible to produce a sheet (nanoribbon) having a small width using short carbon nanotubes as a raw material (Non-Patent Documents 8 and 9), only a small amount can be synthesized and it is difficult to adjust the length of the sheet. .

品質の良いGOシートを大量に製造する方法として、特許文献1では、黒鉛、多層カーボンナノチューブなどのグラフェン含有炭素物質を界面活性剤などの分散剤により分散させて前記グラフェン含有炭素物質の集合単位を小さくし、好ましくは更に遠心分離により大きな塊状の集合体を除去した後、グラフェン含有炭素物質を酸化処理することが提案されている。
しかしながら、特許文献1では、得られたGOシートを、摩擦材、導電性繊維、炭素繊維、高強度軽量化金属材料などに応用することを目的とするものであって、そのため、黒鉛(グラファイト)を用いる場合、その形状はフレーク状で、その長さは、好ましくは10nm〜500μm、更に好ましくは500nm〜2μmとしており、また、カーボンナノチューブを用いる場合、その形状は帯状であり、その幅は、6nm〜300nmが好適であるとしている。すなわち、特許文献1では、長さが100nm以下で、幅が20nm以下の小さなGOシートを得ることについては何ら言及されていない。
As a method for producing a high-quality GO sheet in large quantities, Patent Document 1 discloses that graphene-containing carbon materials such as graphite and multi-walled carbon nanotubes are dispersed with a dispersing agent such as a surfactant to obtain aggregate units of the graphene-containing carbon materials. It has been proposed to oxidize the graphene-containing carbon material after reducing the size and preferably further removing the large aggregates by centrifugation.
However, in Patent Document 1, the obtained GO sheet is intended to be applied to friction materials, conductive fibers, carbon fibers, high-strength lightweight metal materials, etc., and therefore graphite (graphite). Is used, the shape is flake-like, the length is preferably 10 nm to 500 μm, more preferably 500 nm to 2 μm, and when carbon nanotubes are used, the shape is a band, and the width is It is said that 6 nm to 300 nm is preferable. That is, Patent Document 1 makes no mention of obtaining a small GO sheet having a length of 100 nm or less and a width of 20 nm or less.

一方、特許文献2では、ペタル含有カーボンナノホーン集合体を、過酸化水素中加熱などによって酸化することにより、ペタル構造が大半を占めるカーボンナノホーン集合体を形成するとしている。
しかしながら、粒子径が50〜90nmの球状集合体(凝集体)を得て、触媒担体、吸着剤、分散剤、インク、トナーなどに、特に、触媒担持カーボンナノホーン集合体に適用することを目的とするものであり、均一な、小さいサイズのシート状物を得ることについては何ら言及されていない。
On the other hand, in Patent Document 2, a petal-containing carbon nanohorn aggregate is oxidized by heating in hydrogen peroxide, thereby forming a carbon nanohorn aggregate that occupies most of the petal structure.
However, it is intended to obtain a spherical aggregate (aggregate) having a particle size of 50 to 90 nm and apply it to a catalyst carrier, an adsorbent, a dispersant, an ink, a toner, etc., particularly to a catalyst-supported carbon nanohorn aggregate. There is no mention of obtaining a uniform, small-sized sheet.

Hummers, W. S.; Offeman, R. E. Preparation of graphitic oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339.Hummers, W. S .; Offeman, R. E. Preparation of graphitic oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. Hirata, M.; Gotou, T.; Horiuchi, S.; Fujiwara, M.; Ohba, M. Thin-film particles of graphite oxide: High-yield synthesis and flexibility of the particles. Carbon 2004, 42, 2929.Hirata, M .; Gotou, T .; Horiuchi, S .; Fujiwara, M .; Ohba, M. Thin-film particles of graphite oxide: High-yield synthesis and flexibility of the particles. Carbon 2004, 42, 2929. Dikin, D. A.; Stankovich, S.; Zimney, E. J.; Piner, R. D.; Dommett, G. H. B.; Evmenenko, G.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Preparation and characterization of graphene oxide paper. Nature 2007, 448, 457-460.Dikin, D. A .; Stankovich, S .; Zimney, E. J .; Piner, R. D .; Dommett, G. H. B .; Evmenenko, G .; Nguyen, S. T .; Ruoff, R. S. Preparation and characterization of graphene oxide paper. Nature 2007, 448, 457-460. Li, D.; Mueller, M. B.; Gilge, S.; Kaner, R. B.; Wallace, 2793G. G. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets. Nat. Nanotechol. 2008, 3, 101.Li, D .; Mueller, M. B .; Gilge, S .; Kaner, R. B .; Wallace, 2793G. G. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets. Nat. Nanotechol. 2008, 3, 101. Sun, X.; Liu, Z.; Welsher, K.; Robinson, J.; Goodwin, A.; Zaric, S.; Dai. H. Nano-graphene oxide for cellular imaging and drug delivery. Nano Res. 2008, 1, 203.Sun, X .; Liu, Z .; Welsher, K .; Robinson, J .; Goodwin, A .; Zaric, S .; Dai. H. Nano-graphene oxide for cellular imaging and drug delivery.Nano Res. 2008, 1, 203. Yang, K.; Zhang, S.; Zhang, G.; Sun, X.; Lee, S.; Liu, Z. Graphene in mice: Ultrahigh in vivo tumor uptake and efficient photothermal therapy. Nano Lett. 2010,10, 3318.Yang, K .; Zhang, S .; Zhang, G .; Sun, X .; Lee, S .; Liu, Z. Graphene in mice: Ultrahigh in vivo tumor uptake and efficient photothermal therapy.Nano Lett. 2010,10, 3318. Tian, B.; Wang, C.; Zhang, S.; Feng, L.; Liu, Z. Photothermally enhanced photodynamic therapy delivered by nano-graphene oxide. ACS Nano 2011, 5, 7000.Tian, B .; Wang, C .; Zhang, S .; Feng, L .; Liu, Z. Photothermally enhanced photodynamic therapy delivered by nano-graphene oxide. ACS Nano 2011, 5, 7000. Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 2009, 458, 877-880.Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes.Nature 2009, 458, 877-880. Kosynkin, D. V. et al. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons. Nature 2009, 458, 872-876.Kosynkin, D. V. et al. Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons.Nature 2009, 458, 872-876.

国際公開第2011/074125号International Publication No. 2011-074125 国際公開第2011/093661号International Publication No. 2011/093661

本発明は、こうした現状を鑑みてなされたものであって、バイオ・医療分野への応用が可能な、長さが100nm以下で、幅が20nm以下、好ましくは長さが50nm以下で、幅が10nm以下の、微小で、かつ構造欠陥が少ないGOシートを、簡便な方法で、しかも大量に生産可能なGOソートの製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the current situation, and can be applied to the bio-medical field. The length is 100 nm or less, the width is 20 nm or less, and preferably the length is 50 nm or less. It is an object of the present invention to provide a GO sort manufacturing method capable of producing a small amount of GO sheet having a size of 10 nm or less and having few structural defects in a simple manner and in large quantities.

本発明者は、上記目的をこうした現状を鑑みてなされたものであって、原料として使用するグラファイトやカーボンナノチューブなどの代わりに、カーボンナノホーン集合体を用いるとともに、該集合体の分散工程を経ることなく酸化処理するという簡便な方法により、均一なナノサイズで、しかも構造欠陥の少ないGOシートを大量合成できることが判明した。   The present inventor has made the above object in view of such a current situation, and uses a carbon nanohorn aggregate instead of graphite or carbon nanotube used as a raw material, and undergoes a dispersion step of the aggregate. It was found that GO sheets with uniform nanosize and few structural defects can be synthesized in large quantities by a simple method of oxidation treatment without any problems.

本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
[1]カーボンナノホーン集合体を原料に用い、該カーボンナノホーン集合体を酸化処理した後、超音波処理することを特徴とする酸化グラフェンシートの製造方法。
[2]前記酸化処理に、濃硫酸及び過マンガン酸カリウムを用いることを特徴とする[1]に記載の酸化グラフェンシートの製造方法。
[3][1]又は[2]に記載の製造方法で得られた酸化グラフェンシートであって、長さが50nm以下、幅が10nm以下であることを特徴とする酸化グラフェンシート。
The present invention has been completed based on these findings, and according to the present invention, the following inventions are provided.
[1] A method for producing a graphene oxide sheet, comprising using a carbon nanohorn aggregate as a raw material, subjecting the carbon nanohorn aggregate to an oxidation treatment, and then subjecting to ultrasonic treatment.
[2] The method for producing a graphene oxide sheet according to [1], wherein concentrated oxidation and potassium permanganate are used for the oxidation treatment.
[3] A graphene oxide sheet obtained by the production method according to [1] or [2], wherein the length is 50 nm or less and the width is 10 nm or less.

本発明によれば、簡便に、大量生産が可能である。また、得られるGOシートは、長さが50nm以下で、幅が10nm以下の微小サイズであって、かつ構造欠陥が少ないために、医療分野へ応用が可能となり、また、還元して用いることにより、例えば、その優れた導電性等の特性を利用してエレクトロニクスなどへの応用が期待される。   According to the present invention, mass production is possible simply. The obtained GO sheet has a length of 50 nm or less, a width of 10 nm or less and a small size, and has few structural defects, so that it can be applied to the medical field. For example, application to electronics etc. is expected by utilizing the characteristics such as excellent conductivity.

実施例1で得られた微小酸化グラフェン(S−GO)シートの電子顕微鏡写真。4 is an electron micrograph of the fine graphene oxide (S-GO) sheet obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたS−GOシートの原子間力顕微鏡(AFM)写真と同S−GOシートの厚み(高さ)の分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result of the atomic force microscope (AFM) photograph of the S-GO sheet | seat obtained in Example 1, and the thickness (height) of the S-GO sheet | seat. 実施例1で得られたS−GOシートの光吸収スペクトル(a)と蛍光スペクトル(b)を示す図。The figure which shows the light absorption spectrum (a) and fluorescence spectrum (b) of the S-GO sheet | seat obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたS−GOシートの赤外分光スペクトルを示す図。The figure which shows the infrared spectroscopy spectrum of the S-GO sheet obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたS−GOシートの熱重量分析(TGA)の結果を示す図であり、aは酸素中、bはヘリウム中のものである。It is a figure which shows the result of the thermogravimetric analysis (TGA) of the S-GO sheet | seat obtained in Example 1, a is in oxygen and b is in helium. aは、pG付きビーズ回収後を撮影した写真であり、左から、S−GO−IgG、S−GO−BSA、S−GO+IgG、S−GOの写真。bは、それぞれのビーズから溶出した液の蛍光スペクトルを示す図である。a is a photograph taken after collecting beads with pG. From the left, photographs of S-GO-IgG, S-GO-BSA, S-GO + IgG, and S-GO. b is a figure which shows the fluorescence spectrum of the liquid eluted from each bead.

カーボンナノホーンは、巻かれたグラフェンシートの先端が閉じて角(ホーン)状に尖った、直径2〜5nm、長さ40〜50nmの円錐型の形状を持つものであり、これが数千本寄り集まって直径100nm程度の球形集合体を形成しているものである。
本発明は、原料にこのカーボンナノホーン集合体を用い、これを酸化処理した後、超音波処理することにより酸化グラフェンシートを得ることを特徴とするものである。
The carbon nanohorn has a conical shape with a diameter of 2 to 5 nm and a length of 40 to 50 nm, with the tip of the rolled graphene sheet closed and pointed like a horn. Thus, a spherical aggregate having a diameter of about 100 nm is formed.
The present invention is characterized in that a graphene oxide sheet is obtained by using this carbon nanohorn aggregate as a raw material, subjecting it to an oxidation treatment, and then subjecting it to ultrasonic treatment.

すなわち、本発明においては、特許文献1に記載のような集合体の分散工程を経ることなく、カーボンナノホーン集合体を酸化処理することにより、長さが50nm以下で、幅が10nm以下の、微小な酸化グラフェンシート(GO)を得ることができるものである。
なお、本発明においては、得られたGOシートの形状は一定ではないため、便宜上、長いほうの大きさを「長さ」とし、短いほうの最大値を「幅」ということとする。
That is, in the present invention, the carbon nanohorn aggregates are oxidized without passing through the aggregate dispersion step as described in Patent Document 1, and the length is 50 nm or less and the width is 10 nm or less. A graphene oxide sheet (GO) can be obtained.
In the present invention, since the shape of the obtained GO sheet is not constant, for convenience, the longer size is referred to as “length” and the shorter maximum value is referred to as “width”.

本発明において、原料に用いるカーボンナノホーン集合体は、特に限定されず各種の手段で製造することができるが、不活性ガス雰囲気中で原料の炭素物質に対してレーザー光を照射するレーザーアブレーション法により製造されたものは、サイズ(直径100nm程度)が揃っていることから、好ましく用いられる。   In the present invention, the carbon nanohorn aggregate used as a raw material is not particularly limited and can be produced by various means, but by a laser ablation method in which a raw material carbon substance is irradiated with laser light in an inert gas atmosphere. The manufactured products are preferably used because they have the same size (diameter of about 100 nm).

本発明において、酸化処理は、従来の化学的酸化剥離法に用いられていた、塩素酸塩などの酸化剤を用いて酸化する方法や、濃硝酸と過マンガン酸カリウムで処理する等の公知の方法により行うことができる。   In the present invention, the oxidation treatment is a known method such as a method of oxidizing using an oxidant such as chlorate, a treatment with concentrated nitric acid and potassium permanganate, which has been used in the conventional chemical oxidative stripping method. It can be done by a method.

特に、酸化剤として過マンガン酸カリウムを用いる場合、好ましくは、カーボンナノホーン集合体を濃硫酸に分散させた液に、過マンガン酸カリウムを加えるのが好ましい。
具体的には、例えば、カーボンナノホーン集合体を濃硫酸の中で2〜24時間攪拌して得られた分散液に、過マンガン酸カリウムを室温(20〜25℃)で添加し、その後60〜80℃で40〜60分撹拌し、さらに純水を添加した後30〜40分反応させる。
In particular, when potassium permanganate is used as the oxidizing agent, it is preferable to add potassium permanganate to a liquid in which carbon nanohorn aggregates are dispersed in concentrated sulfuric acid.
Specifically, for example, potassium permanganate is added at room temperature (20 to 25 ° C.) to a dispersion obtained by stirring carbon nanohorn aggregates in concentrated sulfuric acid for 2 to 24 hours, and then 60 to The mixture is stirred at 80 ° C. for 40 to 60 minutes, and after adding pure water, the reaction is carried out for 30 to 40 minutes.

酸化処理後、得られた反応液を、遠心分離/沈殿の再分散を、上澄み液のpHが中性になるまで繰り返し、沈殿物を得る。この得られた沈殿物に、水を加えて超音波処理してから、遠心分離し、遠心水を回収する。こうして得られた遠心水が、本発明の微小サイズのGOシートの透明な分散液である。
この場合の超音波処理の条件は、260〜300W、20〜60分が好ましく、特に、280W、30分が好ましい。
After the oxidation treatment, the obtained reaction solution is subjected to centrifugation / redispersion of the precipitate until the pH of the supernatant becomes neutral to obtain a precipitate. The obtained precipitate is sonicated by adding water, and then centrifuged to collect centrifugal water. Centrifugal water thus obtained is a transparent dispersion of the micro-sized GO sheet of the present invention.
The ultrasonic treatment conditions in this case are preferably 260 to 300 W and 20 to 60 minutes, and particularly preferably 280 W and 30 minutes.

本発明の方法により製造された微小GOシートは、長さ20〜100nm、好ましくは、20〜50nm、幅が、2〜20nm、好ましくは、2〜10nmの、ナノサイズのシートであり、表面積が大きく、多くの官能基を有し、親水性が高い。そのため、薬物のキャリアーとしてドラッグデリバリー(DDS)への応用が期待できる。特に、均一で小さいサイズであるため、ナノカーボンDDSへの実用化に求められている長い血中滞留時間、患部への高い選択的到達率、体外への排出などが改善可能であると期待できる。   The micro GO sheet manufactured by the method of the present invention is a nano-sized sheet having a length of 20 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm, a width of 2 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm, and a surface area. It is large, has many functional groups, and is highly hydrophilic. Therefore, application to drug delivery (DDS) can be expected as a drug carrier. In particular, because of the uniform and small size, it can be expected that the long residence time in blood, high selective arrival rate to the affected area, discharge to the outside of the body, etc. that are required for practical application to nanocarbon DDS can be improved. .

また、本発明で製造した微小GOシートは、可視光領域において発光(蛍光)があり、蛍光ラベルとしての免疫検査への応用が可能である。また、その豊富なカルボキシル基と蛋白質などのアミノ基をアミド結合にて結合させることができるので、その表面には生体分子検出のための機能性分子が付加でき、バイオイメージングや、バイオセンサへの応用が可能である。   Further, the micro GO sheet manufactured in the present invention emits light (fluorescence) in the visible light region, and can be applied to an immunological test as a fluorescent label. In addition, since abundant carboxyl groups and amino groups such as proteins can be linked by amide bonds, functional molecules for biomolecule detection can be added to the surface, which can be applied to bioimaging and biosensors. Application is possible.

また、本発明の方法により製造された微小GOシートは、熱処理や、光照射または化学反応により還元すると、一般のグラフェンや酸化グラフェンの様に、透明導電膜、蓄電・発電、トランジスタ集積回路などのエレクトロニクスにも応用できる。   In addition, when the micro GO sheet manufactured by the method of the present invention is reduced by heat treatment, light irradiation or chemical reaction, like a general graphene or graphene oxide, a transparent conductive film, power storage / power generation, transistor integrated circuit, etc. It can also be applied to electronics.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this Example.

(実施例1)
本実施例では、以下のようにして、微小GOシート(以下、「S−GOシート」とする)を製造した。
レーザーアブレーション法により製造された100mgカーボンナノホーン集合体(粒子直径80〜100nm)を100mLのガラス瓶に入れ、10mL濃硫酸(98%)を加え、20時間室温で撹拌した後、室温でゆっくり過マンガン酸カリウム100mgを加えた。その後、該ガラス瓶を70℃(水浴)で1時間撹拌した。
その後、該ガラス瓶を取り出して、氷浴中撹拌しながら50mLの純水を添加し、再度70℃の水浴で40分撹拌し、過酸化水素水(30%、8mL)と12mLの純水を加え、反応を停止させた。
Example 1
In this example, a micro GO sheet (hereinafter referred to as “S-GO sheet”) was manufactured as follows.
100 mg carbon nanohorn aggregates (particle diameter 80-100 nm) produced by the laser ablation method are placed in a 100 mL glass bottle, 10 mL concentrated sulfuric acid (98%) is added, and the mixture is stirred for 20 hours at room temperature, and then slowly permanganic acid at room temperature. 100 mg of potassium was added. Thereafter, the glass bottle was stirred at 70 ° C. (water bath) for 1 hour.
Thereafter, the glass bottle is taken out, 50 mL of pure water is added while stirring in an ice bath, and again stirred in a water bath at 70 ° C. for 40 minutes, and hydrogen peroxide (30%, 8 mL) and 12 mL of pure water are added. The reaction was stopped.

次いで、ガラス瓶から反応液を遠心管に移し、5000rpmにて1時間遠心し、上澄みを廃棄した。この遠心管に10%塩酸を加え、沈殿を再分散させてから、5000rpm、1時間遠心分離し、上澄みを廃棄する。さらに該遠心管に純水を加え、再分散・遠心分離(20000rpm、20min)し、上澄みを廃棄した。
上澄み液のpHが中性になるまで、この再分散/遠心分離操作を10回繰り返した。
こうして沈殿物を50mLの純水を加え、超音波(280W、20分)処理してから、遠心分離(2000rpm、20min)し、遠心液の90%を回収した。
回収した遠心液は、S−GOシートの透明な分散液であった。
Next, the reaction solution was transferred from the glass bottle to a centrifuge tube, centrifuged at 5000 rpm for 1 hour, and the supernatant was discarded. To this centrifuge tube, 10% hydrochloric acid is added to redisperse the precipitate, and then centrifuged at 5000 rpm for 1 hour, and the supernatant is discarded. Further, pure water was added to the centrifuge tube, redispersed and centrifuged (20000 rpm, 20 min), and the supernatant was discarded.
This redispersion / centrifugation operation was repeated 10 times until the pH of the supernatant became neutral.
In this way, 50 mL of pure water was added to the precipitate and subjected to ultrasonic treatment (280 W, 20 minutes), followed by centrifugation (2000 rpm, 20 minutes), and 90% of the centrifuged solution was recovered.
The collected centrifuge was a transparent dispersion of S-GO sheet.

(実施例2)
本実施例では、実施例1で得られたS−GOシートの特性を調べた。
実施例1で得られたS−GOの分散液の一滴を電子顕微鏡用Gridや、シリコンウェーハに載せて、S−GOの構造と大きさ及びS−GOシートの厚みを、電子顕微鏡、及び原子間力顕微鏡で確認した。
(Example 2)
In this example, the characteristics of the S-GO sheet obtained in Example 1 were examined.
One drop of the dispersion of S-GO obtained in Example 1 was placed on a grid for an electron microscope or a silicon wafer, and the structure and size of the S-GO and the thickness of the S-GO sheet were measured with an electron microscope and an atom. Confirmed with an atomic force microscope.

図1は、S−GOシートの電子顕微鏡写真である。図1から明らかなように、S−GOシートは、長さが20〜50nm、幅が2〜10nmであった。このサイズは一本のナノホーンとほぼ同じである。   FIG. 1 is an electron micrograph of an S-GO sheet. As apparent from FIG. 1, the S-GO sheet had a length of 20 to 50 nm and a width of 2 to 10 nm. This size is almost the same as a single nanohorn.

図2は、S−GOシートの原子間力顕微鏡(AFM)写真とその分析結果を示す図であり、AFM写真に示す1〜3の3点における、A−B方向の距離(幅)及び高さ(厚み)をまとめて表にしたものである。
表に示すように、S−GOシートの厚みは0.7〜2.1nmで、単層〜数層のグラフェンシートが共存していることがわかる。
FIG. 2 is a diagram showing an atomic force microscope (AFM) photograph of the S-GO sheet and its analysis result, and the distance (width) and height in the AB direction at three points 1 to 3 shown in the AFM photograph. The thickness (thickness) is summarized in a table.
As shown in the table, the thickness of the S-GO sheet is 0.7 to 2.1 nm, and it can be seen that a single layer to several layers of graphene sheets coexist.

図3に、S−GOシートの光吸収スペクトル(Lambda 1050 UV-Vis-NIR spectrophotometer, Perkin-Elmer)(a)と、波長345nmの光で励起した際の蛍光スペクトル(FluoroLog 3, Horiba)(b)を示す。
図3から明かなように、得られたS−GOの分散液は、300nmに広い吸収ピークショルダーがあり、345nm光で光励起すると400〜800nmの波長領域で強い蛍光が見られた。
Fig. 3 shows the light absorption spectrum of the S-GO sheet (Lambda 1050 UV-Vis-NIR spectrophotometer, Perkin-Elmer) (a) and the fluorescence spectrum when excited with light having a wavelength of 345 nm (FluoroLog 3, Horiba) (b ).
As apparent from FIG. 3, the obtained dispersion of S-GO had a broad absorption peak shoulder at 300 nm, and when excited with 345 nm light, strong fluorescence was observed in the wavelength region of 400 to 800 nm.

また、作製したS−GOの分散液を凍結乾燥し、乾燥したS−GOの量から、S−GOの収率が約40%であることが分かった。   Moreover, it was found that the produced S-GO dispersion was freeze-dried, and the yield of S-GO was about 40% from the amount of dried S-GO.

図4に、S−GOシートの赤外分光(FT−IR)スペクトル(Spectrum One, Perkin-Elmer)を示す。
FT−IRスペクトルの結果から、S−GOシートが、−OH、−O=O、C−O−Cなどの官能基を有することがわかった。
FIG. 4 shows an infrared spectrum (FT-IR) spectrum (Spectrum One, Perkin-Elmer) of the S-GO sheet.
From the results of the FT-IR spectrum, it was found that the S-GO sheet had a functional group such as —OH, —O═O, C—O—C.

図5に、熱重量分析(TGA 2950, TA instruments)の結果を示す。なお、参考として、原料であるナノカーボンホーン集合体についても熱重量分析を行った。
図5において、aは、燃焼を調べるための酸素中でのものであり、bは、熱分解を調べるためのヘリウム中でのものであり、それぞれ、実線で示すものがS−GOシートの結果、点線で示すものが参考に用いたカーボンナノホーン集合体の結果である。
該図のaから、カーボンナノホーン集合体の酸素中の燃焼温度は600℃であるのに対して、S−GOシートの燃焼温度が低くなり、約420℃であることがわかった。室温〜約420℃までの重量減少は、−OH、−O=O、C−O−Cなどの官能基が酸化されCOあるいはCO2となって離脱したことによるものである。
また、該図のbから、カーボンナノホーン集合体は殆ど分解していないのに対して、S−GOシートは400℃において約50%分解していることがわかり、このことから−OH、−O=O、C−O−Cなどの官能基の重量は約50%であることが確認できた。
FIG. 5 shows the results of thermogravimetric analysis (TGA 2950, TA instruments). For reference, thermogravimetric analysis was also performed on the nanocarbon horn aggregate as a raw material.
In FIG. 5, a is in oxygen for investigating combustion, b is in helium for investigating thermal decomposition, and the solid line indicates the result of the S-GO sheet. What is indicated by a dotted line is the result of the carbon nanohorn aggregate used for reference.
From the figure a, it was found that the combustion temperature of the carbon nanohorn aggregate in oxygen was 600 ° C., whereas the combustion temperature of the S-GO sheet was low and was about 420 ° C. The decrease in weight from room temperature to about 420 ° C. is due to the fact that functional groups such as —OH, —O═O, C—O—C, etc. were oxidized to leave as CO or CO 2 .
In addition, from FIG. 4b, it can be seen that the carbon nanohorn aggregates are hardly decomposed, whereas the S-GO sheet is decomposed by about 50% at 400 ° C. From this, —OH, —O It was confirmed that the weight of functional groups such as ═O and C—O—C was about 50%.

(実施例3)
前述のとおり、本発明で作製したS−GOシートは可視光蛍光が強いため、蛍光ラベルとしての免疫検査への応用が可能である。また、S−GOシートの豊富なカルボキシル基と蛋白質などのアミノ基をアミド結合にて結合させることができる。そこで、本実施例では、以下のようにして、蛍光ラベルとしての免疫検査への応用を検討した。
(Example 3)
As described above, since the S-GO sheet prepared in the present invention has strong visible light fluorescence, it can be applied to an immunological test as a fluorescent label. Moreover, an abundant carboxyl group of the S-GO sheet and an amino group such as a protein can be bonded by an amide bond. Therefore, in this example, application to an immunological test as a fluorescent label was examined as follows.

実施例1で得られたS−GOを含有する液(200μL、2mg/mL)に約2mgのEDC(N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド)と2mgNHS(N-ヒドロキシスクシンイミド)を加え、15分撹拌し、S−GOのカルボキシル基を活性化させた。その後、活性化したS−GO分散液を、限界濾過(Mw5000)により、未反応NHSとEDCを除去し、活性化したS−GOを200μLのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に分散し、100μgの免疫グロブリンG(Immunoglobulin G:IgG)と室温で2時間反応させ、S−GO−IgGを合成した。反応後、未反応のIgGを限界濾過(Mw300K)で除去し、S−GO−IgGをPBS中に分散し回収した。   About 2 mg of EDC (N, N′-dicyclohexylcarbodiimide) and 2 mg NHS (N-hydroxysuccinimide) were added to the liquid (200 μL, 2 mg / mL) containing S-GO obtained in Example 1, and stirred for 15 minutes. The carboxyl group of S-GO was activated. Thereafter, the activated S-GO dispersion is subjected to ultrafiltration (Mw5000) to remove unreacted NHS and EDC, and the activated S-GO is dispersed in 200 μL of phosphate buffered saline (PBS). S-GO-IgG was synthesized by reacting with 100 μg of immunoglobulin G (Immunoglobulin G: IgG) at room temperature for 2 hours. After the reaction, unreacted IgG was removed by ultrafiltration (Mw300K), and S-GO-IgG was dispersed in PBS and collected.

得られたS−GO−IgGを、プロテインG(pG)付き磁気ビーズ(Bio-Adem beads Protein G)と混合し、S−GO−IgGとpGをカップリングさせ、その後、磁石により、S−GO−IgG/pG磁気ビーズを回収した。
同様にして、IgGとBSA(非抗体たんぱく質)を反応させて得たS−GO−BSA、S−GOとIgGを混合したもの(S−GO+IgG)、及びS−GOのみのものについても、磁石でpG付きビーズを回収した。
The obtained S-GO-IgG was mixed with magnetic beads with protein G (pG) (Bio-Adem beads Protein G), S-GO-IgG and pG were coupled, and then, with a magnet, S-GO-IgG was coupled. -IgG / pG magnetic beads were recovered.
Similarly, S-GO-BSA obtained by reacting IgG and BSA (non-antibody protein), a mixture of S-GO and IgG (S-GO + IgG), and only S-GO are also magnets. The beads with pG were recovered.

図6aは、pG付きビーズを回収した後のものを撮影した写真であり、左から、S−GO−IgG、S−GO−BSA、S−GO+IgG、S−GOの写真である。また、図6bは、それぞれのビーズから溶出した液の蛍光スペクトルを示す図である。   FIG. 6a is a photograph of the photograph after collecting the beads with pG. From the left, S-GO-IgG, S-GO-BSA, S-GO + IgG, and S-GO are photographed. Moreover, FIG. 6b is a figure which shows the fluorescence spectrum of the liquid eluted from each bead.

S−GO−IgGは、図6aの左端の写真から明らかなように、回収に伴い、S−GOにより茶色を呈していた溶液は完全に透明になり、特異的にターゲット物質Protein G(pG)と完全反応したことがわかった。そして、反応したS−GO−IgG−pGをビーズから溶出して、溶出液を345nmの光により励起するとS−GOの蛍光発光を確認できた(図6b参照)。   As is clear from the photograph at the left end of FIG. 6a, S-GO-IgG is completely transparent with the recovery, and the solution that was brown due to S-GO becomes completely transparent, and specifically the target substance Protein G (pG) It was found that the reaction was complete. Then, when the reacted S-GO-IgG-pG was eluted from the beads and the eluate was excited with 345 nm light, fluorescence emission of S-GO could be confirmed (see FIG. 6b).

一方、IgGとBSA(非抗体たんぱく質)を反応させて得たS−GO−BSAやS−GOとIgGを混合したもの(S−GO+IgG)とS−GOのみを用いた場合は、ターゲット物質pGとカップリングせず、磁石でpG付きビーズを回収しても、GOによる溶液の茶色は変化せず、蛍光強度も非常に弱かった。
この結果から、S−GOは免疫検査用蛍光ラベルとして応用可能であると期待できる。
On the other hand, when only S-GO-BSA obtained by reacting IgG and BSA (non-antibody protein), or a mixture of S-GO and IgG (S-GO + IgG) and S-GO are used, the target substance pG When the beads with pG were recovered with a magnet without coupling, the brown color of the solution due to GO did not change and the fluorescence intensity was very weak.
From this result, S-GO can be expected to be applicable as a fluorescent label for immunoassay.

Claims (3)

カーボンナノホーン集合体を原料に用い、該カーボンナノホーン集合体を酸化処理した後、超音波処理し、長さが50nm以下、幅が10nm以下の酸化グラフェンシートを得ることを特徴とする酸化グラフェンシートの製造方法。 Using carbon nanohorn aggregate raw material, after oxidizing process the carbon nanohorn aggregate, sonicated, is 50nm or less in length, oxide graphene sheet width is characterized Rukoto give the following oxide graphene sheet 10nm Manufacturing method. 前記酸化処理に、濃硫酸及び過マンガン酸カリウムを用いることを特徴とする請求項1に記載の酸化グラフェンシートの製造方法。   The method for producing a graphene oxide sheet according to claim 1, wherein concentrated sulfuric acid and potassium permanganate are used for the oxidation treatment. 前記カーボンナノホーン集合体の粒子直径が80〜100nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化グラフェンシートの製造方法 Acid graphene sheet manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the particle diameter of the carbon nanohorn aggregate is 80 to 100 nm.
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