液相剝離制備的石墨烯納米片為什么要分散在dmf中

可能是為了防止已經(jīng)剝離的納米片再團(tuán)聚吧！早期理論預(yù)言，完全平整的單層石墨烯是不會(huì)穩(wěn)定存在的。雖然后來實(shí)驗(yàn)制備出了單層石墨烯，并且研究表明石墨烯表面并不是完全平整，而是微微呈波狀起伏（有利于單層石墨烯穩(wěn)定存在）；但完全游離的（尤其是面積較大的）石墨烯截止目前并沒有被人觀察到，經(jīng)常取而代之的是，在襯底上的（或者依托于襯底的）石墨烯，或分散在溶液中的石墨烯。種種跡象表明，也許單層石墨烯能穩(wěn)定存在，是石墨烯與襯底或溶液的相互作用所致的。這也許對你理解剝離的石墨烯要分散在DMF中，會(huì)有所幫助。

還有哪些類型的物質(zhì)可以影響AuNPs溶液的分散性？

近年來，生物診斷方法飛速發(fā)展，表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）為待測物提供了“化學(xué)指紋”，使得生物診斷達(dá)到的了分子水平，但是現(xiàn)有診斷方法存在耗時(shí)長、設(shè)備試劑要求高、檢測極限低，SERS信號弱等缺陷而不利于在實(shí)際臨床中推廣。貴金屬納米顆粒的局部等離子共振屬性能夠很好的解決上述問題。其本身的吸收光譜特性能夠在不同條件下產(chǎn)生快速的、肉眼可分辨的明顯顏色變化，此外，等離子納米材料的存在使得SERS信號的數(shù)量級提升數(shù)倍1，推進(jìn)了無標(biāo)記（label-free）SERS的應(yīng)用2, 3。本文章的重點(diǎn)放在近年來所報(bào)道的LSPR在生物診斷上的應(yīng)用，從生物標(biāo)志物檢測、藥物系統(tǒng)示蹤、細(xì)胞組織成像和DNA檢測四個(gè)方面分別研

凹凸棒石納米礦物材料表面性質(zhì)及其與金屬（氧化物）納米復(fù)合

陳天虎 高薇

（合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009）

摘要 凹凸棒石是重要的一維納米礦物材料，深刻理解和認(rèn)識(shí)凹凸棒石納米礦物學(xué)特性、表面性質(zhì)對于凹凸棒石粘土應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。本文以X射線粉末衍射分析和透射電鏡檢驗(yàn)為手段，精細(xì)分離獲得純凹凸棒石樣品，在此基礎(chǔ)上，利用BET比表面積分析儀、

法、鹽滴定法分別測定了沉積型和熱液型兩種成因凹凸棒石的比表面積和孔徑分布、陽離子交換容量、等電點(diǎn)pH值、水溶液平衡pH值以及凹凸棒石與重金屬離子的界面作用，提供了凹凸棒石表面性質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為正確理解凹凸棒石納米礦物學(xué)特性奠定了基礎(chǔ)^［1～5］。

關(guān)鍵詞 凹凸棒石；表面性質(zhì)；納米材料；納米礦物學(xué)。

第一作者簡介：陳天虎（1962—），教授，主要從事環(huán)境礦物學(xué)和礦物環(huán)境材料研究。E-mail：chentianhu168@vip.sina.com。

一、引言

凹凸棒石是具有特殊結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物理化學(xué)性質(zhì)的鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。有兩種成因類型：沉積型和熱液型。凹凸棒石產(chǎn)出地質(zhì)環(huán)境特殊，其廣泛的應(yīng)用以及巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，使其在粘土礦物學(xué)、材料科學(xué)、物理化學(xué)、土壤科學(xué)、環(huán)境工程以及考古等諸多領(lǐng)域得到廣泛的重視^［1］。我國自20世紀(jì)80年代初發(fā)現(xiàn)以安徽省明光市、來安縣，江蘇省盱眙縣、六合縣為主要礦區(qū)的蘇皖凹凸棒石粘土礦帶以來，不斷勘察開發(fā)，使蘇皖凹凸棒石粘土礦帶成為世界最重要凹凸棒石粘土礦集區(qū)之一，是我國重要的大型特色非金屬礦床^［2］。20多年來，國內(nèi)有關(guān)單位在凹凸棒石粘土資源加工應(yīng)用技術(shù)方面開展了一些研究，但是，由于凹凸棒石顆粒細(xì)小和粘土礦物組成的復(fù)雜性以及前人研究方法分辨率的限制，對蘇皖凹凸棒石物理化學(xué)性能的認(rèn)識(shí)還存在一些誤區(qū)^［3］。過去眾多學(xué)者進(jìn)行的吸附實(shí)驗(yàn)研究中所用的凹凸棒石實(shí)際上是凹凸棒石粘土，樣品含有較多的雜質(zhì)礦物，如蒙脫石、伊利石、碳酸鹽；而且，各個(gè)研究者取樣地點(diǎn)、層位不同，礦物組成必定有很大的差別。這些雜質(zhì)的干擾嚴(yán)重影響了對凹凸棒石物理化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，也使各個(gè)學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺少可比性。由于樣品提純和分離困難，目前尚缺少蘇皖地區(qū)凹凸棒石粘土中純凹凸棒石表面性質(zhì)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究資料。本文在精細(xì)提純的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了凹凸棒石的表面性質(zhì)，對于認(rèn)識(shí)凹凸棒石納米效應(yīng)，正確理解凹凸棒石的礦物學(xué)特性，進(jìn)一步開發(fā)這種納米材料應(yīng)用技術(shù)，具有重要的理論和實(shí)際意義。

二、凹凸棒石純樣制備和表征

蘇皖地區(qū)沉積型凹凸棒石粘土礦石類型包括凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、蒙脫石凹凸棒石粘土、蛋白石凹凸棒石粘土、蒙脫石粘土（凹凸棒石含量＜10%）。沉積型凹凸棒石粘土礦物組成復(fù)雜多變，為了獲得純凹凸棒石樣品，在X射線衍射（XRD）分析以及透射電鏡（TEM）觀察基礎(chǔ)上，選擇只含凹凸棒石單一粘土礦物，不含伊-蒙礦物的礦石樣品，進(jìn)行分離提純，具體提純方法和操作步驟見文獻(xiàn)^［4～5］。提純樣品經(jīng)XRD分析和TEM檢驗(yàn)，凹凸棒石含量達(dá)到98%以上。提純凹凸棒石樣品經(jīng)干燥、粉碎，過180目篩備用。熱液型凹凸棒石取自安徽肥東大龍山，手選純凈礦石，破碎、研磨過200目，經(jīng)XRD分析和TEM檢驗(yàn)純度大于98%。X射線分析使用D/MAX-RB型X-射線衍射儀，銅靶，電壓40kV，電流100 mA，掃描速度4°/min，分析在合肥工業(yè)大學(xué)理化中心完成。TEM研究使用JEOL2010型高分辨透射電子顯微鏡，帶有ISIS X-射線能譜分析系統(tǒng)，用于獲得TEM圖像、電子衍射（SAED）和能譜分析成分（EDS），分析在新墨西哥大學(xué)地球科學(xué)系完成。

三、結(jié)果與討論

（一）兩種成因凹凸棒石晶體形態(tài)特征

圖1為兩種成因凹凸棒石透射電鏡形貌圖像。熱液型凹凸棒石晶體直徑約為50nm，長度從幾百納米到幾十微米。沉積型凹凸棒石晶體直徑約為40nm，長度從幾百納米到幾個(gè)微米。顯然，沉積型凹凸棒石的結(jié)晶度比熱液型凹凸棒石結(jié)晶度低，這與XRD分析結(jié)果相一致。

圖1 凹凸棒石透射電鏡圖像

A—肥東熱液型凹凸棒石晶體；B—官山沉積型凹凸棒石

圖1A還顯示出凹凸棒石晶體在透射電鏡專用銅網(wǎng)炭膜上呈現(xiàn)弓形彎曲，這是凹凸棒石具有彈性的最直接的證據(jù)。發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象對認(rèn)識(shí)凹凸棒石材料性能和凹凸棒石材料研究具有重要的理論和實(shí)際意義。無論是凹凸棒石作為原料制作吸附劑還是作為催化劑載體材料，保持材料的介孔孔隙，具有氣相組分的穿透性，和較高的傳質(zhì)性能是發(fā)揮吸附和催化性能的前提。凹凸棒石粘土經(jīng)過充分分散后，可以把凹凸棒石晶束分散成單根纖維，單根凹凸棒石纖維雜亂堆積形成固體物質(zhì)，在加工過程中由于凹凸棒石晶體的彈性，可以使凹凸棒石材料制品具有較高的孔隙率，保持晶間納米尺度的孔隙，實(shí)際上這也從一方面說明凹凸棒石具有優(yōu)異吸附和催化性能的根源。這一納米尺度的觀察研究結(jié)果對凹凸棒石材料的加工方法研究具有重要的指導(dǎo)意義。

（二）陽離子交換容量

凹凸棒石陽離子交換容量（CEC）采用

吸附法測定。先將準(zhǔn)確稱量的待測土樣吸附0.1mol/L的

溶液，吸附平衡后混合溶液離心取上清液，測定其吸附前后Cu^2＋的含量，計(jì)算待測土樣的吸附量，得出待測樣品的陽離子交換容量。結(jié)果表明，沉積型凹凸棒石的離子交換容量為10.87 m mol/100 g，熱液型凹凸棒石的離子交換容量為為8.4 m mol/100 g。表明提純凹凸棒石樣品的離子交換容量比較低，很多學(xué)者測定凹凸棒石粘土的離子交換容量很高，這是粘土中含有較多的蒙脫石所致。蒙脫石的離子交換容量是凹凸棒石的20～30倍。就離子交換容量而言，與蒙脫石相比，凹凸棒石不具有優(yōu)勢。過去由于缺少沉積型凹凸棒石高純樣品的離子交換容量數(shù)據(jù)，對凹凸棒石物理化學(xué)特性的認(rèn)識(shí)有很多的誤區(qū)。

（三）等電點(diǎn)pH值

等電點(diǎn)測試采用鹽滴定法。步驟如下：①在若干50 mL的離心管中，各加入相當(dāng)于烘干重0.5000g的樣品，加適量蒸餾水和0.01 mol/L HCl或NaOH溶液，使管中溶液的最終體積為10 mL，并使pH分布在適當(dāng)?shù)姆秶╬H＝1～6）。②在25℃下平衡3～4 d，其間每天振蕩1 h，然后測各管中懸液的pH 值，記為pH。 ③在各管中加入0.5 mL 2 mL/L 的 NaCl 溶液，振蕩4 h，然后測其 pH 值，記為pH_l。④計(jì)算每支離心管的ΔpH（ΔpH＝pH_l-pH）。以pH為橫坐標(biāo)，ΔpH為縱坐標(biāo)作圖，ΔpH＝0時(shí)所對應(yīng)的pH值，即是該樣品的電荷零點(diǎn)（PZC）。

從圖2可以看出，官山沉積型凹凸棒石的電荷零點(diǎn)PZC是4.43，肥東熱液型凹凸棒石電荷零點(diǎn)PZC是6.98。沉積型凹凸棒石與熱液型凹凸棒石等電點(diǎn)pH值有很大的區(qū)別可能與它們的八面體中陽離子成分有很大的區(qū)別有關(guān)，前者相對富含鐵、鎂，后者相對富含鋁^［5］。

圖2 鹽滴定法凹凸棒石ΔpH-pH關(guān)系圖

（四）凹凸棒石比表面積和孔徑分布

BET-N₂吸附-解吸法測定純凹凸棒石的比表面積（S_BET）。比表面積測試儀器為Micromiritics公司ASAP2010吸附儀。測試實(shí)驗(yàn)在美國新墨西哥大學(xué)工程學(xué)院完成。結(jié)果表明，沉積型凹凸棒石的比表面積為204.5 m²/g，熱液型凹凸棒石的比表面積為106.4 m²/g。BET-N₂比表面積遠(yuǎn)小于理論計(jì)算的外表面積，原因可能有兩個(gè)方面：第一，并不是所有的凹凸棒石表面都吸附N₂分子，吸附作用受活性點(diǎn)分布控制。第二，凹凸棒石多呈現(xiàn)晶束產(chǎn)出，晶體平行連生，增大晶體直徑，導(dǎo)致比表面積小于理論值。肥東熱液型凹凸棒石遠(yuǎn)小于官山沉淀型凹凸棒石比表面積。透射電鏡對晶體直徑的觀察和X射線衍射分析表明，肥東熱液型凹凸棒石晶體直徑遠(yuǎn)大于官山化學(xué)沉淀型凹凸棒石。表明BET-N₂比表面積主要和凹凸棒石晶體直徑密切相關(guān)，也說明BET-N₂測試主要是外表面積，因?yàn)閮?nèi)表面積是和晶體直徑無關(guān)的。

圖3是沉積型凹凸棒石孔徑分布圖，顯示孔徑分布呈現(xiàn)雙峰，主要峰在10～100nm，稍微偏離正態(tài)分布，次峰在3～4nm。根據(jù)透射電鏡納米尺度觀察，孔徑分布與凹凸棒石集合體顆粒間空隙有關(guān)，3～4nm空隙可能是凹凸棒石晶束內(nèi)部顆粒之間的空隙，10～100nm的孔隙可能是凹凸棒石棒狀晶體雜亂堆積形成的粒間孔隙?？讖椒植继卣鞅砻?，BET-N₂比表面積是凹凸棒石晶體的外表面積。

圖3 d（V）/dlg（D） 脫附孔徑分布圖

（五）在水溶液中的水解作用

沉積型凹凸棒石與蒸餾水的平衡 pH 值為9.09，熱液型凹凸棒石與蒸餾水的平衡pH值為8.63。表明由于凹凸棒石在水溶液中表面水解質(zhì)子化作用，溶液呈現(xiàn)弱堿性，沉積型凹凸棒石的堿性比熱液型凹凸棒石的堿性強(qiáng)，這是沉積型凹凸棒石比熱液型凹凸棒石更富鎂所致。所以，在水溶液中凹凸棒石表面表現(xiàn)出固體堿的性質(zhì)，凹凸棒石與金屬離子溶液的作用也表明這一點(diǎn)。圖4顯示，凹凸棒石與濃度為200 mg/L的鎳溶液（pH＝5.2）長期作用，水溶液的pH值逐漸升高，最終的pH值取決于體系的固液比。固液比高，體系的堿度高，最終的pH值高。圖5顯示出凹凸棒石與濃度為200 mg/L的鎳溶液（pH＝5.2）長期作用后導(dǎo)致鎳氫氧化物的形成，表明由于凹凸棒石的表面特性，凹凸棒石與重金屬離子作用可以誘導(dǎo)重金屬離子的水解沉淀。由于凹凸棒石晶體表面的負(fù)電荷和重金屬離子水解產(chǎn)物帶正電荷，分別正負(fù)電荷的膠體互相作用的結(jié)果，重金屬離子的水解產(chǎn)物均勻包覆在凹凸棒石表面，在煅燒或還原煅燒過程中凹凸棒石控制金屬（氧化物）粒子遷移，可以得到理想的凹凸棒石-金屬（氧化物）納米復(fù)合材料，這也是凹凸棒石的重要表面特性之一。利用凹凸棒石的這一特性可以方便地制備凹凸棒石-金屬（氧化物）納米復(fù)合材料（圖5）。

圖4 凹凸棒石與鎳溶液長期作用溶液pH值變化（左圖） 和誘導(dǎo)的Ni^2＋水解沉淀（右圖）

圖5 凹凸棒石-金屬（氧化物）納米復(fù)合材料TEM圖像

a—凹凸棒石-Au復(fù)合材料；b—凹凸棒石-Ag復(fù)合材料；c—凹凸棒石-Cu復(fù)合材料；d—凹凸棒石-TiO₂復(fù)合材料

四、結(jié)論

經(jīng)過嚴(yán)格的挑選和分離得到兩種成因凹凸棒石高純樣品，系統(tǒng)分析獲得凹凸棒石表面性質(zhì)參數(shù)。蘇皖沉積型凹凸棒石比表面積為204.5 m²/g，熱液型凹凸棒石比表面積為106.4 m²/g，BET-N₂吸附法測得的比表面積為凹凸棒石的外表面積，獲得的凹凸棒石孔徑主要是棒狀晶體雜亂堆積形成的晶間空隙。沉積型凹凸棒石陽離子交換容量為10.87 m mol/100 g，熱液型凹凸棒石的CEC為8.47 m mol/100 g。沉積型凹凸棒石的pH_（PZC）為4.43，熱液型凹凸棒石pH_（PZC）為6.98。沉積型凹凸棒石與蒸餾水平衡pH值為9.09，熱液型凹凸棒石與蒸餾水平衡pH為8.63，凹凸棒石具有固體堿的性質(zhì)，可以誘導(dǎo)重金屬離子水解沉淀，利用凹凸棒石的誘導(dǎo)水解作用可以制備系列的凹凸棒石-金屬（氧化物）納米復(fù)合材料。

參考文獻(xiàn)

［1］Chen Tianhu，Peng Shucuan，Xu Huifang，Shi Xiaoli，Huang Chuanhui.A Study on Sorption Mechanism for Cu^2＋on Palygorskite.Pedosphere，2005，15（3）：334-340

［2］Chen Tianhu，Xu Huifang，Lu Anhuai，Xu Xiaochun，Peng Shucuan，Yue Shucang.Direct Evidences of Transformation from Smectite to Palygorskite：TEM Investigation［J］.Science in China（Series D），2004，47（11）：985-994.

［3］陳天虎.蘇皖凹凸棒石粘土研究現(xiàn)狀和存在的問題［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，24（5）：885-889

［4］陳天虎，彭書傳，黃川徽，史曉莉，馮有亮.從蘇皖凹凸棒石粘土制備純凹凸棒石［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2004，32（8）：965-969

［5］陳天虎，徐曉春，岳書倉.蘇皖凹凸棒石粘土納米礦物學(xué)及地球化學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004

Surface Properties of Nanomineral Material of Palygorskite and Nanocomposite Material of It with metals（metal oxides）

Chen Tianhu，Gao Wui

（Resource and Environment Engineering College，Hefei Polytechnic University，Hefei 230009）

Abstract：Palygorskite is an important one dimensional nanomineral.Having deep knowledge of mineralogical and surface properties of nanomineral of palygorskite is of very important theoretical and practical significance for the proper use of palygorskite.With the help of X ray diffraction and transmission electron microscope，pure palygorskite samples were obtained through fine separation.On this basis，BET specific surface area and pore diameter distribution，cation exchange capacity，pH_PZC，pH value at isoelectric points，pH at equilibrium of water solution of palygoskite of sedimentary and hydrothermal origins as well as interface action between ions of palygorskites and heavy metals were tested.The results of the tests provide basic data about surface properties of palygorskite and laid a foundation for correct understanding mineralogical properties of palygorskite nanomineral.

Key words：palygorskite，surface properties，nanomaterial，nanomineralogy.

化學(xué) 膠體

定義 膠體（英語：Colloid）又稱膠狀分散體（colloidal dispersion）是一種均勻混合物，在膠體中含有兩種不同狀態(tài)的物質(zhì)，一種分散，另一種連續(xù)。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所組成，分散質(zhì)粒子直徑在1nm—100nm之間的分散系；膠體是一種分散質(zhì)粒子直徑介于粗分散體系和溶液之間的一類分散體系，這是一種高度分散的多相不均勻體系。 [編輯本段]分類 1、按分散劑的不同可分為氣溶膠，固溶膠，液溶膠； 2、按分散質(zhì)的不同可分為粒子膠體、分子膠體； [編輯本段]實(shí)例 1、煙，云，霧是氣溶膠，煙水晶，有色玻璃、水晶是固溶膠，蛋白溶液，淀粉溶液是液溶膠； 2、淀粉膠體,蛋白質(zhì)膠體是分子

為什么膠體粒子帶有電荷,但膠體不帶電荷

1、膠體呈電中性，所以膠體呈電中性；

2、由于膠粒具有較大表面積,吸附能力強(qiáng),吸附離子和它緊密結(jié)合難以分離,因此,膠體中帶電荷的膠粒能穩(wěn)定存在;

3、把天然水中粒徑在1～10nm的各種微小粒子都劃為膠體范圍，是因?yàn)槠涠季哂心z體的性質(zhì)。

擴(kuò)展資料：

膠體顆粒介紹：

膠體又稱膠狀分散體是一種較均勻混合物，在膠體中含有兩種不同狀態(tài)的物質(zhì)，一種分散相，另一種連續(xù)相。分散質(zhì)的一部分是由微小的粒子或液滴所組成，分散質(zhì)粒子直徑在1~100nm之間的分散系是膠體。

膠體顆粒粒徑小于10μm的顆粒，水體中膠體顆粒大小通常為1～100 nm，其的重力沉速低于10-2cm/s，故在水中經(jīng)常保持相對穩(wěn)定的懸浮態(tài)，不能直接用沉降或過濾的方法從水中去除。一般有親水膠體和憎水膠體兩類。

參考資料來源：百度百科-膠體顆粒

參考資料來源：百度百科-膠體