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石墨烯及氧化石墨烯包覆二氧化硅高效液相色谱固定相的制 备及其保留机理研究 张晓琼，丁明玉* （清华大学化学系，北京100084，zhangxiaoqiong11@mails.tsinghua.edu.cn ） 摘要：通过化学键合法制备出氧化石墨烯-二氧化硅(GO@SiO )和石墨烯-二氧化硅(G@SiO )复合微球，并以 2 2 这两种复合材料作为高效液相色谱(HPLC) 固定相，对多种分析物实现了有效分离。与市售C18柱相比， GO@SiO 柱和G@SiO 柱表现出包括π-π共轭、疏水作用、π-π EDA作用和氢键作用在内的多重保留机理，这 2 2 种多重保留机理有利于疏水性相似的分析物的分离。此外，通过研究流动相中乙腈含量对分析物保留因子的 影响，证明了G@SiO 固定相的保留行为与典型反相色谱不相符。 2 关键词：石墨烯；氧化石墨烯；固定相；高效液相色谱；保留机理 石墨烯(G)是一种单层碳原子二维材料，具有六方蜂窝状晶格结构，基本结构单元是苯六 元环，是构建零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨等其他碳材料的基本单元[1,2] 。氧化石墨 烯(GO)是石墨烯的氧化物，在碳骨架表面和边缘存在大量活性含氧官能团，包括环氧基，羟 基和羧基等[3,4] 。氧化石墨烯和石墨烯具有优异的光学、热力学、力学和电学性能[5-7] ，在纳米 [8-11] 电子器件、能量储存、催化剂载体以及生物材料领域表现出优越的应用前景 。由于具有超 高的比表面积[12]和高度离域 π 电子共轭体系，它们对芳香族化合物以及其它具有共轭结构的 化合物表现出较强的吸附作用和较高的吸附容量[13] ，被认为是理想的吸附材料，目前在样品 前处理方面已得到广泛的应用[14-17] 。 高效液相色谱(HPLC)是最常用的分离分析方法之一[18]，已渗透到几乎所有的化学应用领 域中。近年来，为了获得更高的分离效率和更短的分析时间，新型固定相的研制成为研究热 点之一。一些新型的固定相材料，例如介孔材料[19] ，金属-有机骨架材料(MOF)[20]和核-壳材料 [21]等，已经引起了研究者们的广泛关注。而包括碳纳米管(CNTs)[22]、富勒烯(C60)[23]和多孔石 墨化碳[24]在内的多种碳质材料也长期被用做 HPLC 固定相。相比而言，氧化石墨烯和石墨烯 在这方面的研究尚处于起步阶段。这一方面由于它们是层状结构，难以通过填装形成均一的 柱床，另一方面，不规则的片层结构也将影响传质，使分离效果大大降低。为了解决这个问 题，本课题组将氧化石墨烯和石墨烯片层包覆在二氧化硅微球表面，制备了氧化石墨烯-二氧 化硅(GO@SiO )和石墨烯-二氧化硅(G@SiO )复合材料，并将这两种复合微球作为 HPLC 固定 2 2 相，对多种极性和非极性分析物实现了有效分离。同时，我们也对这两种新型固定相的保留 机理做出了初步探讨。 1 实验部分 1.1 仪器、试剂与材料 U-3010 UV-Vis 分光光度计（日本 Hitachi 公司）；JEM-1200EX 透射电子显微镜（日本 JEOL 公司）；QUANTA 200 FEG 场发射扫描电子显微镜（美国 FEI 公司）；Horiba HR800 拉 曼光谱仪（法国 Horiba 公司）；Micromeritics ASAP 2010C 孔径分布分析仪（美国 Micromeritics 公司），CE-440 元素分析仪（美国 EAI 公司），PHI-5300 ESCA X 射线光电子能谱（美国 PHI 公司），SPM-960 原子力显微镜（日本 SHIMADZU 公司）。