Направленный синтез 3D высокопористых материалов на основе графена для биомедицинских, экологических и электрохимических применений

Проект посвящен созданию 3D структур на основе чистого и модифицированного графена для биомедицинских, экологических и электрохимических применений. Для получения оксида использовали метод окисления графита улучшенным методом Хаммерса, окисляя графит перманганатом калия в присутствии концентрированных серной и фосфорной кислот. Гидрогель на основе оксида графита синтезировали в гидротермальных условиях в тефлоновом автоклаве, восстанавливая предварительно полученную водную эмульсию оксида графита аскорбиновой кислотой. Для создания аэрогелей на основе чистого оксида графита GO и 3D композитных структур на основе оксида графита, содержащих наночастицы золота или наночастицы суперпарамагнитного оксида железа состава Fe3O4, GO/Au GO/Fe3O4, соответственно, оптимизировали условия криохимической сушки, что позволило без использования дополнительных стабилизаторов и связующих веществ получить механически прочные, обладающие большой удельной площадью поверхности аэрогели (порядка 1300см2/г). Полученные 3D структуры на основе графита, гидрогели и аэрогели, обладали механической прочностью и проявляли сорбционные свойства по отношению к растворам органического красителя метиленового синего, используемого для окрашивания хлопка, шерсти и бумаги, обладающий ксенобиотическими свойствами, канцерогенного вещества - дихромата калия и противоопухолевого антибиотика - доксорубицина. Показано, что аэрогели на основе оксида графита и наночастиц золота эффективно сорбируют метиленовый синий в нейтральной среде, в отсутствие восстановителей. Эффективность сорбции понижается с ростом температуры и лишь незначительно зависит от массы сорбента. Введение наночастиц золота в восстановленный оксид графита позволяет увеличить сорбцию примерно на 15%. Аэрогель такого же состава GO/Au более, чем в два раза эффективнее сорбирует доксорубицин, чем аэрогель GO, что обусловлено образованием ковалентных связей между аминогруппой красителя и лекарственного препарата доксорубицина и наночастицами золота. Аэрогель состава GO/Fe3O4 имеет высокую способность к сорбции иона Cr2O72- и доксорубицина, особенно в кислой среде. Наличие суперпарамагнитных наночастиц оксида железа позволяет удалять сорбент из раствора при помощи внешнего магнитного поля. Полученные результаты свидетельствуют о том, что композиты на основе оксида графита и наночастиц оксида железа, могут быть использованы в качестве сорбентов антибиотиков для очистки сточных вод лечебных учреждений. В работе были проведены синтез и исследования подложек, содержащих 3D структуры типа ядро – оболочка на основе SiO2@Ag (SiO2 – ядро, Ag – оболочка) полученных методом вертикального осаждения. Показано, что наблюдается значительное усиление сигнала в спектроскопии комбинационного рассеяния от метиленового синего, нанесенного на данную подложку. В ходе выполнения проекта с использованием ряда физико-химических методов исследования впервые проведены систематические исследования сорбционных свойств порошка оксида графита и мембран с одинаковой химической предысторией по отношению к полярным растворителям. Доказано, что сорбция паров полярных растворителей (воды, ацетонитрила, октанола-1) происходит в межплоскостное пространство графенового материала, причем сорбция порошками оксида графита больше, чем у мембран с той же химической предысторией. Возможно, наблюдаемое явление связано с эффектом старения мембран, срастанием слоев мембраны по краям, что препятствует дальнейшей сорбции растворителя.