石墨烯量子点制备与应用
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点是一种新型材料，由于其极小的尺寸、优良的光
电性能以及良好的生物相容性，已经引起了许多研究者的关注。
下面
我们将围绕石墨烯碳量子点，详细介绍它的制备方法、特性以及应用。
一、制备方法
制备石墨烯碳量子点的方法有多种，以下是其中比较常用的两种：
1. 氮化法制备：将淀粉等富含碳的物质通过氮化反应，制备出
含氮化合物。
接着通过高温自燃、芳香化等反应，将含氮化物转化为
含碳化物。
最后通过控制反应条件，将含碳化物还原成石墨烯碳量子点。
2. 水热法制备：将石墨烯氧化物与硫酸等反应得到硫酸化石墨烯，再通过水热反应，使硫酸化石墨烯还原为石墨烯碳量子点。
二、特性
石墨烯碳量子点具有以下特性：
1. 极小的尺寸：石墨烯碳量子点的直径一般在1~10nm之间，因
此具有极高的比表面积。
2. 优良的光电性能：石墨烯碳量子点具有良好的光稳定性、发
光性能以及光吸收性能。
3. 生物相容性好：石墨烯碳量子点不含重金属等有害物质，具
有良好的可生物降解性和生物相容性。
三、应用
石墨烯碳量子点的应用领域非常广泛，以下是其中几个重要的应
用领域：
1. 生物成像：石墨烯碳量子点因其优良的光学性质，被广泛用
于生物标记、细胞成像和组织成像。
2. 纳米电子器件：石墨烯碳量子点因其优良的光电性质，在纳
米电子器件中具有广泛的应用前景。
3. 光电转换：石墨烯碳量子点可以用于太阳能电池、发光二极
管等光电转换领域。
总之，石墨烯碳量子点是一种具有重要应用价值的新型材料，目前的研究还只是冰山一角，未来还有很多应用前景有待发掘。
石墨烯量子点的制备
石墨烯量子点的制备石墨烯量子点的制备方法主要分为物理法和化学法两种。
物理法是通过物理手段如机械剥离、离子注入等制备石墨烯量子点。
化学法则是以石墨烯为原料，通过化学反应将石墨烯切割成量子点。
在物理法制备石墨烯量子点方面，机械剥离法是最常用的方法之一。
该方法是将石墨烯片材粘贴在聚合物薄膜上，然后将其浸泡在溶液中，通过反复剥离和清洗，最终得到分散的石墨烯量子点。
但是，机械剥离法的产量较低，不适应大规模生产。
化学法制备石墨烯量子点主要包括两种方法：有机合成法和无机合成法。
有机合成法是以有机物为原料，通过加热、加压等手段合成石墨烯量子点。
而无机合成法则是以无机物为原料，通过高温、高压等手段制备石墨烯量子点。
在实验过程中，我们发现石墨烯量子点的生长机制主要是基于分子扩散和表面能原理。
在制备过程中，石墨烯量子点的结构特点受到制备温度、反应时间等因素的影响。
同时，石墨烯量子点的性质也与它的尺寸密切相关。
通过对实验结果的分析，我们发现制备石墨烯量子点的关键在于控制制备温度和反应时间，以获得尺寸均一、分散性好的量子点。
此外，石墨烯量子点的应用研究也正在广泛开展，例如在太阳能电池、生物医学成像和传感器等领域的应用。
总之，石墨烯量子点的制备方法及其研究进展在能源、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
未来，我们需要进一步探索制备高质量石墨烯量子点的优化工艺，为实现其在实际应用中的广泛应用奠定基础。
针对石墨烯量子点的性质和功能展开深入研究，以便更好地发掘和发挥其潜力，促进相关领域的发展和创新。
关键词：石墨烯量子点，制备，传感，成像摘要：石墨烯量子点是一种新型的材料，具有优异的物理化学性能，在传感和成像领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及在传感和成像领域的应用研究进展。
引言：石墨烯量子点是一种由单层碳原子组成的零维材料，具有优异的电学、光学和化学性能，在光电子、能源、生物医学等领域备受。
近年来，石墨烯量子点在传感和成像领域的应用研究取得了一系列重要的进展，成为了一种新型的纳米生物传感器和成像剂。
石墨烯量子点的合成和应用研究
石墨烯量子点的合成和应用研究一、石墨烯量子点简介石墨烯量子点（Graphene Quantum Dots，GQDs）是一种新型的碳基纳米材料，由面积小于100nm的单层石墨烯片段组成。
与传统的无机半导体量子点相比，GQDs具有良好的光学、电子、热学和力学性能，以及优异的荧光发射性质。
因此，GQDs成为了当前热门的化学研究领域，广泛应用于生物检测、光电器件、催化剂、传感器等领域。
二、石墨烯量子点的合成方法1. 化学氧化还原法化学氧化还原法是制备GQDs的最常见方法之一，通过对石墨烯材料的还原反应，使其产生高度裂解，从而形成GQDs。
该方法的优点在于具有高产率、易控制、可大规模生产等特点。
但缺点是会产生杂质，并且需要高温和压力，对环境造成污染。
2. 电化学剥离法电化学剥离法是一种廉价、环保的制备GQDs的方法，将石墨烯材料放入电极溶液中，通过电极化来剥离单层石墨烯。
该方法优点是简单易行，不会产生杂质和高温高压等条件，但其缺点是低产率且需要较长时间。
3. 模板法模板法是制备GQDs的一种新型方法，此法将GQDs作为表面活性剂利用外模板自组装成群并进行互致有序，从而得到具有高还原度和高荧光强度的GQDs。
该方法优点是高度可控，不依赖于高温和化学剂。
三、石墨烯量子点的应用研究1. 生物医学GQDs在生物医学领域中有广泛的应用，例如荧光显微镜、生物成像、传感器等诊断系统，已成为高灵敏、高选择性的标记物。
2. 光电器件GQDs与半导体器件结合具有良好的电学特性、光电转换性能，因此在发光二极管、太阳能电池、场效晶体管、光电探测器等方面有广泛的应用前景。
3. 催化剂GQDs具有良好的催化性能和稳定性，因此在电化学、光催化和化学反应方面有广泛的应用前景，如电化学传感和反应、二氧化碳还原等。
4. 传感器GQDs作为一种新型的生物传感器材料，可以用于快速、灵敏的检测疾病和环境污染。
例如，在食品安全领域中，GQDs可以用于检测食品中的致癌物质如苯并芘、多环芳烃等。
材料科学中的新型材料——石墨烯量子点
材料科学中的新型材料——石墨烯量子点石墨烯是一种由碳原子组成的单层薄片材料，具有独特的电学、热学和力学性质。
而石墨烯量子点，则是一种由数百个碳原子构成的零维材料，也称为碳量子点。
石墨烯量子点具有非常小的尺寸，通常在5-50纳米之间，因此具有许多独特的性质，使其成为材料科学中的新型材料。
本文将介绍石墨烯量子点的制备、结构、性质和应用。
一、制备方法石墨烯量子点的制备方法通常有两大类：顶部向下剥离法和底部向上生长法。
顶部向下剥离法是通过化学氧化或机械剥离的方法，从石墨烯材料中剥离出小尺寸的石墨烯量子点。
底部向上生长法则是将小分子碳源的分解产物在合适的条件下生长成石墨烯量子点。
这两种方法各有优劣，具体情况应根据实际需求选择。
二、结构和性质石墨烯量子点的结构和性质与其尺寸有着密切的关系。
一般来说，石墨烯量子点的表面能和光学性质随着尺寸的变化而发生改变。
对于小尺寸的石墨烯量子点来说，其表面积较大，通常会出现更高的物理、化学反应活性，因此具有更加丰富的应用前景。
此外，石墨烯量子点还具有独特的光电性质和发光性质，可用于开发新型的光电子器件。
三、应用前景石墨烯量子点在材料科学领域中具有广泛的应用前景。
一般来说，其应用可以分为几个方面：1、作为染料敏化太阳能电池的光电转换材料，提升光电转换效率。
2、作为催化剂的载体，能够提升催化剂的稳定性和催化性能，用于生产化学品或环境净化。
3、用于制造二维/三维材料的纳米复合材料，这些材料具有优异的电、磁、光学和机械性能。
4、作为生物染料分子，可用于细胞成像和药物传递。
总之，石墨烯量子点以其独特的结构和性质，在许多领域中如催化、能源、光电子器件、生物医学等方面都有着潜在的应用价值。
然而，石墨烯量子点还有许多问题需要解决，如制备方法的改进、结构和性质的优化等，这些问题的解决将会进一步推动其应用领域的扩展。
结语石墨烯量子点作为新型材料，展现出了非常广泛的应用前景，尤其在能源、催化、生物医学等领域应用广泛。
石墨烯量子点材料的制备及应用研究
石墨烯量子点材料的制备及应用研究第一章绪论随着科学技术的不断进步，人们对于新材料的需求也不断增加，有些研究者开始将目光投向了石墨烯。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，自2004年被发现以来，就受到了各个领域的关注。
而石墨烯量子点材料便是在石墨烯的基础上发展起来的一种新型材料。
近年来，石墨烯量子点材料的制备及应用研究也越来越成为许多学者的研究方向。
本篇文章将从两个方面来介绍石墨烯量子点材料的制备及应用研究，首先是石墨烯量子点材料的制备方法以及已有的实验结果；其次是石墨烯量子点材料的应用研究，如电催化、光催化、生物医学领域等。
第二章石墨烯量子点材料的制备方法2.1 氧化法氧化法是制备石墨烯量子点的一种方法，其原理是在石墨烯的表面通过氧化反应形成气体氧化物，进而使石墨烯表面形成缺陷，并最终得到石墨烯量子点。
该方法制备的石墨烯量子点可以很好地控制尺寸，并且可以被用于光电器件制备。
2.2 激光剥离法激光剥离法可以通过激光将石墨烯表面分解成纳米级别的碳块，再根据需要加热或使用溶液离子化的方法进行清洗和制备。
该方法有着高纯度的优点，制备的石墨烯量子点尺寸也相对稳定，但制备的过程比较复杂。
2.3 化学还原法化学还原法是一种通过还原方法制备石墨烯量子点的方法，常用还原剂有NaBH4、Na2SO3等。
该方法简单易行，且制备时间快，但制备出来的石墨烯量子点样品尺寸不如其他方法制备的稳定。
第三章石墨烯量子点材料的实验结果石墨烯量子点材料具有许多优良的物理化学性质，如高比表面积、良好的电子输运性质等，这些性质为其在应用中提供了可能性。
在实际应用中，石墨烯量子点材料可用于制备光电器件、电催化、光催化以及生物医学领域等。
3.1 光电器件制备石墨烯量子点可以被用于制备一些光电器件，例如太阳能电池、单分子发光器等。
石墨烯量子点具有高比表面积与优异的光学性能，这些特点有利于提高器件的性能。
3.2 电催化石墨烯量子点在电催化中的性能更是备受关注。
石墨烯和石墨烯量子点的制备及其应用
石墨烯和石墨烯量子点的制备及其应用石墨烯是一种由碳原子构成的二维薄膜，具有高强度、高导电性、高透明度等特性，是近年来材料领域的研究热点之一。
同时，石墨烯的一些衍生物如石墨烯量子点也备受关注。
本文将介绍石墨烯及石墨烯量子点的制备方法和应用前景。
一、石墨烯的制备方法目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积法、化学还原法和电化学剥离法等几种方式。
其中，机械剥离法是一种最早的也是最具代表性的制备石墨烯的方法，这种方法是利用胶带或者其他粘性物质将石墨层层剥离，最终得到单层石墨烯。
但是，这种方法制备的石墨烯形态难以控制，且在生产大面积单层石墨烯薄膜方面具有极大的困难。
相比之下，化学气相沉积法是一种可以生产大面积单层石墨烯的方法。
利用此方法可以制备出高质量的石墨烯，但是它的制备成本相对比较高，生产效率也比较低。
二、石墨烯的应用前景石墨烯作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。
目前，石墨烯在电子学、光电子学、催化、传感器等领域有着多样的应用。
1. 电子学领域石墨烯具有高导电性和高透明度的特性，在电子学领域有广泛的应用前景。
石墨烯薄膜可以作为透明电极用于光电器件中，还可以用于制造高性能晶体管和逻辑电路等电子元器件。
2. 光电子学领域石墨烯在光电子学领域也有着广泛的应用。
石墨烯可以用于制作各种光电探测器，例如红外探测器、紫外探测器等。
而且，利用石墨烯的热电效应，可以制造热电器件。
3. 催化领域石墨烯具有高的比表面积和良好的化学稳定性，这使得它在催化领域也有着广泛的应用。
石墨烯可以用于制造催化剂，例如利用石墨烯制备金属、金属氧化物、金属硫化物等复合材料，在环境治理、能源转化等方面有着重要的应用。
4. 传感器领域石墨烯的高导电性和高灵敏度，使得它在传感器领域有着重要的应用。
石墨烯可以用于制造各种传感器，例如光学传感器、化学传感器、生物传感器等。
这些传感器可广泛应用于环境保护、医疗卫生、安全防范等领域。
石墨烯量子点的制备及其在生物医学中的应用研究
石墨烯量子点的制备及其在生物医学中的应用研究石墨烯量子点（graphene quantum dots, GQDs）是一种新型的碳材料，由于其特殊的物理化学性质和生物相容性，近年来在生物医学领域中备受瞩目。
本文将重点探讨石墨烯量子点的制备方法以及在生物医学中的应用研究。
一、石墨烯量子点的制备方法石墨烯量子点的制备方法主要分为两种：底物法和溶液法。
底物法制备GQDs主要是利用石墨烯作为底物，通过物理或化学剥离方式进行制备。
物理剥离方法主要是利用机械剥离，通过不断剥离石墨烯的层数，从而得到厚度不同、形态不规则的GQDs。
而化学剥离方法主要是通过利用氧化剂或还原剂等化学方法将石墨烯分解为厚度均一、形态规则的GQDs。
溶液法制备GQDs是将石墨烯在溶液中进行还原反应，通过化学还原剂还原石墨烯，得到厚度均一、形态规则的GQDs。
溶液法制备GQDs具有方法简便、成本低廉、制备过程易于控制等优点，在生物医学领域中应用广泛。
二、石墨烯量子点在生物医学中的应用研究1、石墨烯量子点在生物成像中的应用石墨烯量子点在生物成像中的应用是近年来备受关注的研究领域。
由于石墨烯量子点具有纳米级别的尺寸和优异的荧光性能，因此可以作为生物成像的探针。
石墨烯量子点的荧光性能受到许多因素的影响，如表面官能团、荧光簇的大小和形状、溶液pH值等。
因此，针对不同的生物成像需求，可以对石墨烯量子点进行修饰，例如改变其表面官能团或修饰其基团，从而调控其荧光性能。
2、石墨烯量子点在生物检测中的应用石墨烯量子点还可以作为生物检测的探针，用于检测生物分子或细胞。
由于石墨烯量子点具有优异的光学性能和生物相容性，因此可以通过石墨烯量子点对基因、蛋白质、细胞等进行检测。
例如，利用石墨烯量子点对基因序列进行检测，可以检测到基因变异和突变，从而诊断某些疾病的发生和进展。
另外，石墨烯量子点还可以通过修饰表面官能团，获得不同的亲和性，从而实现对特定分子或细胞的高选择性检测。
基于分子束外延生长的石墨烯量子点制备及其应用研究
基于分子束外延生长的石墨烯量子点制备及
其应用研究
1.前言
石墨烯是一种新兴的二维材料，拥有许多优异的物理和化学特性，已经成为材料科学领域的研究热点。
石墨烯量子点是一种亚微米的零维纳米材料，具有量子尺寸效应，具有很高的应用潜力。
2.石墨烯量子点的制备
石墨烯量子点通常是通过化学方法制备的，但这种方法需要使用有机溶剂和毒性化学品，导致极度危险，不利于环境保护。
因此，人们开始考虑其他方法制备石墨烯量子点。
分子束外延是一种新兴的石墨烯量子点制备方法。
分子束外延技术可以直接在基底上生长被称为量子阱的纳米结构，而石墨烯是一种二维的自组装材料，可以在量子阱上长成石墨烯量子点。
这种方法相比于化学合成法来说，更加环保，不使用有机溶剂和毒性化学品，更加安全。
3.石墨烯量子点的应用
石墨烯量子点具有许多优异的物理和化学特性，因此在能源、电子、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。
在电子器件方面，石墨烯量子点可以作为高效的电致发光器件的光致发光层。
在光学器件方面，石墨烯量子点可以制备高效的太阳能电池，其光电转换效率比普通的太阳能电池更高。
此外，石墨烯量子点还可以作为高效的荧光探针用于生物医学成像和治疗。
4.结论
石墨烯量子点的制备和应用已经成为当前材料科学领域的研究热点之一。
分子束外延技术具有环保、安全等优势，是制备石墨烯量子点的一种优异方法。
石墨烯量子点在电子、光学、生物医学等方面有着广泛的应用前景，将为人们带来更多的科技进步与发展。
石墨烯量子点的制备及应用
石墨烯量子点的制备及应用刘玉星;朱明娟【摘要】Graphene quantum dots(GQDs) as a new member of the graphene family,in addition to inheriting the excellent properties of graphene,show a series of new features due to quantum confinement effect and boundary effect,so it has caused the attention ofchemical,physic,material and biological researchers.In this paper,various preparation methods and application of graphene quantum dots were introduced.At last,existing problems in the research of GQDs were pointed out as well as development direction.%石墨烯量子点(GQDs)作为石墨烯家族的最新一员,除了继承石墨烯的优异性能,还因量子限制效应和边界效应而显现出一系列新的特性,引起了化学、物理、材料和生物等各领域科研工作者的广泛关注.GQDs的制备方法通常分自上而下和自下而上的方法.对其各种制备方法和应用分别进行了介绍,并结合各种应用对GQDs的要求给出了制备方法的建议.指出了GQDs研究中存在的问题及发展方向.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】4页(P319-322)【关键词】石墨烯量子点;制备方法;应用;综述【作者】刘玉星;朱明娟【作者单位】新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021;新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021【正文语种】中文【中图分类】TQ201石墨烯量子点( GQDs)是准零维的纳米材料，作为石墨烯家族的最新一员，由于其显著的量子限域效应和边界效应，使其具有良好的化学惰性、生物相容性和较低的生物毒性，可以取代传统在半导体量子点，应用到生物成像、疾病检测、光电器件等领域，且近年来受到了越来越多的科研工作者的广泛关注[1-6]。
石墨烯量子点的制备及光催化应用
石墨烯量子点的制备及光催化应用摘要：石墨烯量子点作为新的零维(0D)材料被提出，因其自身量子约束、边缘效应以及环境友好等特点，引起了世界范围内学术界和工业界的广泛关注。
笔者综述了石墨烯量子点(GQDs)不同的制备方法。
GQDs具有良好的水溶性，边界富含含氧官能团等优点。
关键词：石墨烯量子点；氧化劈裂法；水热或溶剂法石墨烯量子点是一种0D石墨烯材料，其特征是原子薄的石墨化平面(通常为1层或2层，厚度小于2纳米)，横向尺寸通常小于10纳米。
与其他碳基材料如富勒烯、石墨烯等相比，由于其特殊的边缘和量子约束效应，GQDs表现出不同的化学和物理性质，展现了较好的光学特性，打破了石墨烯在光学应用中的零带隙限制。
荧光性质是GQDs最重要的特征，与传统半导体的量子点相比，GQDs具有荧光性质稳定、低毒、水溶性好等优点，具有生物相容性的优势。
1 石墨烯量子点制备1.1氧化劈裂法氧化劈裂法又称氧化切割，是应用最广泛的一种切割方法。
SHEN等[1]提出，将微米级的二维氧化石墨烯薄片切成小块加入HNO3中，结果表明，制备的GQDs具有上转换荧光性质。
ZHOU等[2]提出了一种调节氧化石墨烯横向尺寸的简单、可控的方法。
改法合成的GQDs在重金属离子的电化学传感方面表现出增强的性能。
在以此基础上，CHUA等[3]以富勒烯为起始原料制备了非常小的GQDs(2-3 nm)。
产物表现出较强的发光性能，表明GQDs在光电子和生物标记方面的潜力。
LU等[4]开发了一个简单和肤浅锅GQDs的合成方法。
合成的GQDs具有良好的光稳定性、耐盐性、低毒性和良好的生物相容性。
1.2 水热或溶剂法水热或溶剂热法是制备GQDs的一种简单、快速的方法。
PAN等[5]首次以氧化石墨烯为原料，采用水热法制备了粒径分布为5~13nm的GQDs。
TIAN等[6]报道了一种在二甲基甲酰胺(DMF)环境中应用过氧化氢一步溶剂热法合成GQDs的方法，该方法在整个制备过程中不引入任何杂质，如图2所示。
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石墨烯量子点的概述石墨烯量子点的性质GQDs是准零维结构的纳米材料，由于其自身半径小于波尔激发半径，原子内部的电子在三维方向上的运动均受到限制，所以量子局域效应十分显着，因此具有许多独特的物理和化学性质。
其与传统的半导体量子点(QDs)相比，GQDs 具有如下独特的性质：不含高毒性的金属元素如镉、铅等，属环保型量子点材料；自身结构稳定，耐强酸和强碱，耐光漂白；厚度可达到单个原子层，横向尺寸可达到几个互相联接的苯环大小，却能够保持高度的化学稳定性；带隙宽度范围可调，原则上可通过量子局域效应和边缘效应在0～5 eV 范围内调节，从而将波长范围从近红外区扩展到可见光区及深紫外区，从而满足了各种技术对材料能隙和特征波长的要求；容易实现表面功能化，可稳定分散于常用的化学试剂，满足材料低成本加工处理的需求。
GQDs拥有的发光特性主要是通过光致发光和电化学发光产生，其中荧光性能是GQDs最突出的性能，GQDs的荧光性质主要包括：激发荧光稳定性高且具有抗光漂白性；荧光发射波长可以进行可控调节，有些GQDs还具有上转换荧光性质；激发光谱宽且连续，可以进行一元激发、多元发射。
目前关于GQDs的光致发光机理主要有两个：(1)官能团效应，即在GQDs表面进行化学修饰，使得GQDs表面产生能量势阱，表面物理化学状态发生显着变化，导致其荧光量子产率提高；(2)尺寸效应，即GQDs的荧光性能取决于粒径尺寸的大小。
GQDs还是优良的电子给体和电子受体，因此GQDs在能量存储、光电转化和电磁学领域具有重要的研究意义，同时在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。
石墨烯量子点的制备GQDs的合成方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上法，如图1-1所示。
自上而下法是通过简单的物理化学作用，进行热解和机械剥离块状石墨，得到尺寸较小的GQDs，是最常用的制备方法，比如改进的Hummers法，其使用的原料廉价，但是反应条件比较苛刻，制备周期比较长，通常需要经过强酸、强氧化剂、高温、强机械力等多步来实现，这种制备方法不能有效的控制产物的表面形态和粒径尺寸，且不容易提纯。
自下而上法是以多环芳香族化合物和具有芳香族环状分子的化合物为原料，通过化学反应合成GQDs，虽然其合成原理比较复杂，产率比较低，但是最终的产品形貌和尺寸容易控制，可以得到粒径均匀的GQDs。
图1-1 自上而下法和自下而上法制备GQDs的过程Schematic diagram for synthesizing GQDs by top-down and bottom-up methods 自上而下法：水热法Zhu等使用N-N二甲基甲酰胺(DMF)作为分散剂，使用氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)为原料一步合成GQDs。
GO经过溶剂超声切割和还原一步进行，然后使用柱层析方法进行分离，可以得到不同氧化程度的GQDs，因此也获得了一批含有特定荧光特性的GQDs。
Pan等使用超声辅助水热法制备得到直径为5～13 nm的GQDs，此GQDs可以被激发出蓝色荧光。
这种方法需要多步，首先将石墨片在酸性介质中氧化为氧化石墨片，然后经过热液还原为GQDs，并且通过各种表征手段进行检测分析，GO 在酸性介质下被切割成纳米管和纳米带。
如图1-2所示，在酸性条件下的氧化过程中，在GO表面形成了大量的环氧基团，这些基团形成了一条拉链式的带线，从而导致了C-C键的断裂，随后这些环氧键经过断裂后转变为羰基，并在碱性热液下进行还原，由于GO表面更多的线缺陷，所以在热液还原过程中氧原子逐渐被分解掉。
由于还原温度的不同，最终得到的GQDs的表面形态不同，通过高温反应得到的GQDs晶型稳定，表面状态均一，且平均粒径尺寸为 nm，荧光产率可以达到%。
Peng等使用碳纤维(carbon fiber, CF)作为原料，通过酸热处理，将CF进行氧化剥离，通过控制不同的反应温度，制备出不同尺寸的GQDs，所得到的GQDs 边缘具有锯齿状结构，且尺寸大小在3 nm左右，如图1-3所示。
另外，这种方法制备的GQDs结晶度非常好，具有很好的溶解性，可以通过改变反应温度来调控GQDs的尺寸形貌和表面形态，从而改变了其荧光颜色。
图1-2 水热法切割氧化石墨烯微片制备GQDs的机理Mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal cutting oxidizedgraphene sheets图1-3 碳纤维水热氧化切割制备GQDs(a)氧化切割碳纤维制备GQDs (b) GQDs的透射电镜图(反应温度120°C)，插图是GQDs 的高倍透射电镜图 (c) GQDs的原子力显微镜图 (d) GQDs的尺寸大小和粒径高度分布图 Schematic diagram forthe preparation of GQDs by hydrothermal oxidation ofcarbon fibers(a)The preparation of GQDs by hydrothermal oxidating cutting of carbon fibers (b) TEM image of GQDs (synthesized reaction temperature at 120°C) andthe inset is the HRTEM of GQDs (c) AFM image of GQDs (d) Size and heightdistribution of GQDs电化学法电化学法是制备GQDs较为广泛的一种方法。
一般采用鳞片石墨和石墨棒为主要原材料，并将其作为工作电极。
这种方法采用的电势为到+3V左右，其氧化电势比氧化石墨中C-C键要高，电解液中的离子在氧化裂解反应过程中作为碳链的“剪切刀”。
氧化还原电势能够促使电解质中的阴离子快速插入到阳极的碳层中，起到氧化插层的作用，阳极的电化学氧化作用和溶液阴离子的嵌入插层作用共同导致石墨片层的分离剥落，从而得到GQDs。
电化学法制备GQDs的工艺主要有以下四个主要步骤如图1-4所示：第一步，主要发生在石墨晶粒的缺陷区或者边缘位置，具体为阳极上发生氧化反应，使得石墨阳极表面层增加大量含氧官能团，石墨边缘的官能团进行自由基氧化或羟基化，从而导致石墨阳极上碳原子之间的化学键发生断裂；第二步，氧化反应通过边界层进一步嵌入，使得阴离子进一步插层氧化，石墨表面不断膨胀；第三步，石墨层与层之间进一步氧化裂解为石墨烯纳米片；第四步，氧化的石墨烯纳米片作为产物沉淀下来或者悬浮在溶液中，未氧化的石墨烯纳米片漂浮在溶液表面。
进一步研究已经证实，通过改变反应溶液中阴离子的种类和供给电压的大小对产物的尺寸和形貌有很大影响。
在整个反应过程中，羟基和含有氧的自由基都起着电化学“剪切刀”的作用，通过切割得到的碳纳米片由于发生阳极氧化，而得到表面修饰了较多含氧官能团的GQDs。
通过电化学法制备的GQDs溶液具有很强的稳定性，GQDs在水溶液中带负电荷，从而导致GQDs之间发生静电排斥，形成的溶液分布均匀稳定。
但电化学方法也有一些缺点[，使用的石墨需要进行长时间的预处理，需要进一步透析分离才能制备得到比较纯的GQDs，制备耗时较长，而且得到产品的GQDs产率不高。
图1-4 电化学法制备GQDs的装置及原理图Mechanism and device for the preparation of GQDs by electrochemicalstrategy微波和超声波法微波和超声波辅助化学合成法是一种高效合成GQDs的方法[27-29]。
微波法一般使用糖类作为碳源，由于糖类中的碳骨架分子经过脱水后可以形成C=C键，从而构成了GQDs的基本碳骨架单元。
糖中的羟基、羰基、羧基中的含氧官能团会在水热环境中脱水除去，未除去的含氧官能团连接在GQDs表面，从而使得GQDs具有良好的水溶性。
Tang等[使用葡萄糖作为碳源，采用水热和微波相互作用的方法，合成出粒径均均匀的GQDs，且得到的GQDs具有规整的晶格结构，且其发出强烈的蓝绿色荧光。
图1-5 微波辅助法合成GQDs的原理示意图[29]Schematic diagram for the preparation of GQDs by microwave assistedmethod[29]Li等采用葡萄糖、酸和碱为原料，在水溶液中进行微波合成碳纳米颗粒，制备出粒径均匀的GQDs。
Zhuo等[使用超声法以石墨烯为碳源，在溶液中制备出单分散均匀的GQDs，且其荧光性质不随激发波长而发生变化。
在超声波法中，超声可以在溶液中产生交替的高低压震动，从而导致液体内部产生微小气泡，微小的气泡进而急速生长、摩擦、震荡、收缩、胀裂。
气泡在摩擦胀裂过程中，液体微粒的分子间会发生剧烈的撞击摩擦，在较小的空间中瞬间产生高温高压，并伴随着强烈的冲击波震动和液体分子间的剪切力。
如果使用的原材料是石墨烯，超声波的能量可以把微米级的大片径石墨烯片切割成纳米级的GQDs；而当使用的原材料为糖类时，超声波能量能够使葡萄糖发生聚合和碳化，然后在溶液中分散形成碳纳米粒子，制备形成的机理与Sun和Li报道[的LaMer模型相似。
自上而下制备GQDs的方法具有原料便宜易得，制备工艺简便易行，并且能够进行大规模制备等优点。
通过此方法所得的GQDs边缘上含有丰富的含氧官能团，具有良好的溶解性，同时也有利于其进一步进行化学修饰。
但是这种方法也存在很多不足，比如制备生产过程中需要特制的仪器设备，生产环境比较苛刻，且所得到的GQDs产率很低，碳环表面被大量含氧官能团修饰，破坏了六元环结构，自上而下的制备过程中不容易进行有效控制，最终得到的GQDs形貌和尺寸分布不稳定。
自下而上法：溶液化学合成法通过溶液化学合成得到尺寸均匀的GQDs是自下而上法中最常用的合成方法[19,32]。
目前报道的方法主要是通过含有苯环的多环芳烃作为前驱物进行化学合成。
Li等通过将具有增溶基团的化合物通过共价键方式连接到石墨烯前驱体上。
这种通过脱氢环化聚亚苯基前驱体，得到形貌尺寸可控而且均一的GQDs，其直径可以达到4 nm以下。
Liu等以六环-六苯并蔻作为前驱体，采用可控裂解多环芳烃大分子的方法，制备了平均直径在60 nm，厚度为2～3 nm，尺寸均匀的圆盘状GQDs，如图1-6所示。
采用溶液化学法合成的GQDs，随着GQDs粒径尺寸的增大其溶解性逐渐降低，这是由于随着石墨烯纳米片尺寸增大，碳原子层与层之间的相互作用力就会越来越强，因此所得到的GQDs容易发生团聚，从而使得其水溶性越来越低。
此方法中化学合成步骤比较繁琐，原理比较复杂，反应步骤较多，但是其合成得到的GQDs可以精确控制，从而得到形貌尺寸可控的GQDs。