Graphene pha tạp Nitrogen (N-G) là một loại composite tương đối mới nhưng nó đã được áp dụng trong nhiều ứng dụng thú vị. Bài viết này tổng hợp các nghiên cứu liên quan đến N-G như một lời giới thiệu về ứng dụng tương lai của loại vật liệu này.
Trong các nghiên cứu của Tsai và các cộng sự [92], composite FeCN bổ trợ N-G đã được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện. Vật liệu FeCN/N-G được sử dụng làm chất xúc tác hiệu suất cao trong phản ứng khử oxygen (ORR). N-G bổ trợ CdS được Jia và các cộng sự [93] điều chế bằng quá trình nhiệt phân là một chất xúc tác quang hiệu quả cho phản ứng phân hủy nước dưới ánh sáng vùng nhìn thấy. Zhang và các cộng sự [94] điều chế vật liệu hạt nano Pt bao phủ N-G, composite thể hiện tính năng tốt trong xúc tác điện cho phản ứng oxi hóa methanol. Gopalakrishnan [95] và các cộng sự điều chế hạt nano TiO2 với Boron và Nitrogen đồng pha tạp vào graphene bằng phương pháp phóng hồ quang, tính năng của vật liệu này trong phản ứng quang phân hủy chất màu được đánh giá cao. Graphene nanosheet pha tạp Nitrogen đã được điều chế ra và được dùng làm điện cực counter trong tế bào quang nhạy cảm thuốc nhuộm (dye-sensitized solar cell) và sử dụng làm tụ điện hiệu suất cao.[96-97] Li và cộng sự [98] cũng đã phát triển một loại điện cực để tạo ra hạt lượng tử (QDs) N-G bằng phương pháp thế tuần hoàn (CV) sử dụng tetrabutylammonium perchlorate trong acetontrile làm điện môi để đưa nguyên tử N trực tiếp vào GQDs. N-GQDs được hỗ trợ bởi mảng nano Graphene đã được chứng minh là có khả năng siêu xúc tác cho phản ứng khử oxi (ORR) cũng như tính chất phát quang độc đáo. Chen và cộng sự [99] điều chế vật liệu nano tổng hợp N-G/ZnSe với hoạt động xúc tác quang và đáng chú ý là có hiệu suất cao trong việc nâng cao khả năng phản ứng điện hóa cho phản ứng khử oxy. Wang và cộng sự [100] điều chế vật liệu nano tổng hợp N-G phủ hạt Fe2N bằng phương pháp trao đổi ion. Vật liệu lai Fe2N/N-G được đề xuất với ứng dụng xúc tác rẻ tiền, hiệu suất cao cho phản ứng ORR. Yang và cộng sự [101] giới thiệu một phương pháp mang tính chiến lược để chế tạo vật liệu N-GNs được gia chế hạt nano hợp kim Pt-Au, trong lúc đó xúc tác trên nền Pt/N-G cũng được đưa ra bởi Xong và cộng sự [102, 103]. Các loại vật liệu Pt-Au/N-GNs và Pt/N-G này cho thấy khả năng xúc tác điện hóa bền và nhạy cho phản ứng oxy hóa methanol. Vinayan và Ramaprabhu [104] thông báo về phương pháp điều chế đơn giản mang tính chiến lược để tạo ra hạt nano SnO2NPs phân tán trên bề mặt N-G. Nitrogen pha tạp vào Graphene đã thu được bằng quá trình nhiệt phân polypyrrole bao phủ graphene được chức năng hóa bởi poly(sodium 4-styrenesulfonate). Loại vật liệu SnO2/N-G điều chế được là một anode có khả năng hồi phục tuyệt vời dùng cho pin tithium ion hiệu năng cao. He và cộng sự [105] dùng phương pháp pha tạp nitrogen được hỗ trợ bởi lyophilisation, đồng thời dùng phương pháp ngâm tẩm khử GO và hạt nano Pt trên mảng nano N-G để điều chế Pt/N-G. Tính chất của vật liệu nano tổng hợp này đã được khảo sát trong việc sử dụng làm màng xúc tác trao đổi proton trong tế bào nhiên liệu. Mayavan và cộng sự [106] chế tạo vật liệu lai AgNPs/N-G bằng giải pháp nhiệt áp dụng cho GO và bạc nitrate ở nhiệt độ cao với glycine là tác nhân khử. Hàm lượng nitrogen pha tạp trong loại vật liệu này vào khoảng 13.5%.
Fan và cộng sự [107] báo cáo về điện cực cảm biến trên nền chitosan/N-G với khả năng truyền dẫn electron và xúc tác điện hóa cho phản ứng của bisphenol A. Giới hạn phát hiện ở khoảng 5.0×10−9 mol L−1 của điện cực cảm biến này cho thấy N-GNs có khả năng truyền dẫn electron và xúc tác điện hóa tốt. Chen và cộng sự [108] đưa ra phương án nâng cao khả năng xúc tác điện hóa của N-G bằng cách sử dụng pyridine đưa lên mặt cạnh của mảng Graphene thay thế nguyên tử nitrogen. Trong nghiên cứu của mình, Chen và cộng sự thử nghiệm vật liệu với phản ứng khử hợp chất vòng nitro với kết quả khả quan. Wang và cộng sự [109] đưa nitrogen pha tạp vào graphene bằng cách sử dụng phương pháp chế hóa nitrogen plasma trên GNs. Vật liệu N-G thu được cho thấy khả năng tuyệt vời trong phản ứng khử H2O2, đồng thời nó cũng có sự chuyển electron cực nhanh trong phản ứng oxi hóa glucose từ đó có hiệu năng cảm ứng sinh hóa có chọn lọc cao với glucose. Nghiên cứu của Shao và cộng sự [110] cũng cho thấy khả năng xúc tác điện hóa cho phản ứng khử oxygen và H2O2.
Shan et al. [111] demonstrated N-G covered by AuNPs-modified gold electrode, synthesized by hydrothermal approach at mild conditions, as a sensitive platrom for glucose determination. Xie et al. [112] synthesized composite of AuNPs decorated N-GNs surface via direct simple reduction method. It was found, that nitrogen atoms doped in G, play an essential role in stabilizing AuNPs. The Au/N-G composite was employed as a catalyst toward benzyl alcohol oxidation, with high reaction rate. Sheng et al. [113] constructed N-G based electrochemical sensor to simultaneous determination of small biomolecules such as ascorbic acid, dopamine and uric acid. The N-nitrogen doped GNs show highly electrocatalytic activity and low detection limit of 2.2×10−6, 2.5×10−7 and 4.5×10−8 mol L-1 for ascorbic acid, dopamine and uric acid, respectively. Wang et al. [114] reported the enhancement of electron transfer properties of PtRh electrodes modified by N-GNs, prepared by a hydrazine-assisted ultrasonication method.
