石墨烯量子点所含基团
石墨烯量子点 电催化二氧化碳还原-概述说明以及解释
石墨烯量子点电催化二氧化碳还原-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨烯量子点是一种新型的碳基纳米材料，具有优异的电化学性能和光学性质。
电催化二氧化碳还原是一种清洁能源转化技术，可以将二氧化碳转化为有机物或燃料，有望减缓全球变暖和能源危机。
本文将重点介绍石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用，探讨其在提高反应效率和选择性方面的潜力，以期为相关领域研究提供新的思路和方法。
概述部分的内容"1.2 文章结构": {本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将概述石墨烯量子点和电催化二氧化碳还原的背景和意义，介绍本文的目的并概括文章结构。
正文部分将分为三个小节，分别讨论石墨烯量子点的特性、电催化二氧化碳还原的重要性以及石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用。
最后，在结论部分将总结石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的作用，展望未来石墨烯量子点在这一领域的发展，并得出结论。
整个文章结构清晰，层次分明，将全面介绍石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的重要性和应用前景。
"1.3 目的本文旨在探讨石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用以及其在此领域的潜在作用。
通过对石墨烯量子点的特性和电催化二氧化碳还原的重要性进行分析，我们将深入了解石墨烯量子点在这一领域中的作用机制，并探讨其在实际应用中的可行性和发展前景。
通过本文的研究，我们希望为促进石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用提供更多的启发和理论支持，推动其在环境保护和能源转化领域的进一步发展和应用。
2.正文2.1 石墨烯量子点的特性石墨烯量子点是一种新型的碳纳米材料，具有许多独特的物理和化学性质。
其主要特性包括：1. 威胁：石墨烯量子点是一种非常小的材料，其尺寸通常在1-10纳米之间。
这使得石墨烯量子点具有巨大的比表面积，有利于增强其催化活性和电化学性能。
2. 量子效应：由于其小尺寸，石墨烯量子点表现出量子尺寸效应，导致其电子结构和光学性质具有离散化的特点。
发光石墨烯量子点的应用及未来展望
发光石墨烯量子点的应用及未来展望摘要作为石墨烯家族的最新成员，石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外，还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性，吸引了各领域科学家们的广泛关注。
在这篇论文中，我们主要综述了石墨烯量子点的制备方法以及潜在应用，此外还说明了石墨烯量子点的发光机制以及对于其的展望。
关键词：石墨烯量子点，发光材料，应用1 引言碳是地球上储量最丰富的元素之一，一次又一次得带给我们各种明星材料。
1985年,克罗托、科尔和斯莫利三位科学家发现了富勒稀(C60)。
1996年获得诺贝尔化学奖,这是零维碳材料的首次出现。
而1991年碳纳米管的发现则成了一维碳材料的代表。
1947年就开始了石墨烯的理论研究,用来描述碳基材料的性质,迄今有60多年历史。
直到2004年,Novoselov和Geim (英国曼彻斯特大学教授)利用微机械剥离法使用胶带剥离石墨片,首次制得了目前最薄的二维碳材料—石墨稀,仅有一个原子厚度,2010年他们获得了诺贝尔物理奖,从此石墨稀成了物理学和材料学的热门研究对象。
石墨烯量子点(GQDs)，一种新型的量子点，当GQDs尺寸小于100 nm时，就会拥有很强的量子限制效应和边缘效应,当尺寸减小到l0nm时,这两个效应就更加显著,会产生很多有趣的现象，这也引发了广大科学家的研究兴趣。
GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。
GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。
GQDs的合成方法不同,尺寸和含氧量不同,使紫外可见吸收峰位置不同。
不同的合成方法使GQDs的光致发光性质不同,光致发光依赖于尺寸、激发波长、pH以及溶剂等。
有些GQDs 还表现了明显的上转换发光特性,GQDs不仅拥有光致发光性质还有优越的电致化学发光性能。
石墨烯量子点调研报告
石墨烯调研报告（石墨烯量子点）零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。
GQDs的制备GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。
GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。
GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。
top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。
水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3）中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。
反应机理如图3所示，Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。
光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。
图3. 水热法制备GQDs反应机理Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal methodJin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。
该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。
石墨烯量子点的制备及应用进展
杨玉梅/文石墨烯量子点的制备及应用进展【摘要】石墨烯量子点作为零维纳米材料，以其优异的电学、光学、热学等特性而备受关注。
石墨烯量子点不仅具有石墨烯的特性，同时还具备量子点的特殊结构特征。
石墨烯量子点表现出的很多新颖的特性，引起了越来越多的科研工作者的关注。
本文综述了石墨烯量子点的主要制备方法以及相关领域的研究进展，最后对石墨烯量子点的应用前景进行了展望。
【关键词】石墨烯量子点；制备方法；应用石墨烯量子点作为一种新型的零维碳纳米材料，同时具备石墨烯和量子点的特性。
因其众多优异的理化性质，石墨烯量子点的应用逐渐被研究者们重视，其在电子器件、太阳能光伏电池和生物医学等方面均具有重要的潜在应用价值。
但是，目前大量获取均匀尺寸和特定边缘形状的石墨烯量子点仍是个难题。
1.石墨烯量子点简介众所周知，石墨烯是一种稳定的二维材料，碳原子以SP2杂化方式构成。
石墨烯因其特殊的蜂窝状结构以及垂直于分子平面的π键，而具有很好的电学性质、优异的光学性质、超高的热导率和良好的透气性。
但是二维石墨烯具有特殊的零带隙结构，没有能带间隙，无法产生荧光，在普通溶剂中不易分散，这些都限制了石墨烯在光电子器件领域、生物成像方面的应用。
[1]量子点（quantum dot）其实是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色。
由于这种纳米半导体拥有限制电子和电子空穴（electron hole）的特性，这一特性类似于自然界中的原子或分子，因而被称为量子点。
因其电子、空穴均被量子限域从而表现出很多特殊性质，已经在发光二极管、生物标记、太阳能电池等领域得到很好的应用。
石墨烯量子点作为量子点家族中的一员，不仅具有石墨烯优良的电学性质、低毒性、优异的机械强度等特性，同时克服了传统量子点的电子传输性能较差2.石墨烯量子点的制备方法石墨烯量子点的制备主要分为扩大法和缩小法（也称“自下而上”和“自上而下”法）。
酰胺化的石墨烯量子点 解释说明概述及场景
酰胺化的石墨烯量子点解释说明概述及场景1. 引言1.1 概述随着纳米科技的快速发展，石墨烯量子点作为一种新兴材料，引起了广泛的关注。
石墨烯量子点具有高比表面积、可调控能带结构和优异的电化学性能等特点，使其在生物医学应用、光电器件和催化剂领域展示出巨大的潜力。
然而，由于石墨烯量子点本身具有较强的亲水性和极性基团，它们往往在非极性溶剂中不稳定并易于团聚。
为了改善这些缺点，并进一步扩展其应用领域，酰胺化成为一种广泛采用的方法。
通过将酰胺基团引入到石墨烯量子点表面，可以改变其表面性质、稳定性和相容性，从而提高其在各个领域中的应用潜力。
1.2 文章结构本文将首先介绍石墨烯量子点及其特点、制备方法和表征技术。
接着详细讲解酰胺化反应的原理与机制，并阐述常用的酰胺化方法和条件。
在解释说明概述及场景部分，将重点探讨酰胺化对石墨烯量子点性质的影响、在生物医学应用中的潜力以及在光电器件中的应用前景。
最后，结论部分总结了酰胺化的石墨烯量子点的重要性和发展趋势，并展望了未来发展方向和挑战。
1.3 目的本文旨在系统地介绍酰胺化的石墨烯量子点，并深入探讨其在不同领域中的应用潜力和前景。
通过对相关研究成果进行综述和分析，希望能够为科学家们进一步理解和利用酰胺化的石墨烯量子点提供指导，促进该领域的发展与创新。
此外，本文也旨在为读者提供一个全面深入了解酰胺化技术及其应用场景的框架，并为未来进一步开展相关研究提供思路和启示。
2. 酰胺化的石墨烯量子点2.1 石墨烯量子点的介绍石墨烯量子点是一种具有纳米尺寸的二维材料，由于其特殊的结构和性质，在材料科学、化学和物理学领域引起了广泛关注。
石墨烯量子点具有优异的光电性能、可调控的能带结构以及较大的比表面积等特点，使其在能源存储、生物医学、光电器件等领域具有广阔的应用前景。
2.2 酰胺化反应原理与机制酰胺化是指将含有羧基（-COOH）的物质与胺基（-NH₂）发生缩合反应形成酰胺键（C=O-NH-）。
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。
石墨烯量子点材料及在电源中的应用
石墨烯量子点材料及在电源中的应用谢观水;郝凡;路凯峰;张坚【摘要】介绍石墨烯量子点(GQD)材料的几种合成方法:电化学法、酸氧化法、水热/溶剂热法、微波/超声波法和溶液化学法等.综述GQD材料在燃料电池、超级电容器、有机太阳电池和染料敏化太阳电池等电源中的应用,展望GQD材料在电源中的应用前景.%The synthesis methods of graphene quantum dot (GQD) such as electrochemical scissoring,acid oxidation cutting,hydrothermal and solvothermal cutting,microwave and ultrasonic shearing,synthesis by chemistry solution were introduced.The applications of GQD in fuelcell,supercapacitors,organic solar cells and dye-sensitized solar cells were reviewed.The prospect of GOD applied in power source was suggested.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2017(047)006【总页数】4页(P370-373)【关键词】石墨烯量子点;合成;电源;燃料电池;超级电容器;太阳能电池【作者】谢观水;郝凡;路凯峰;张坚【作者单位】桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学材料科学与工程学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TM533;TM911.4;TM914.4石墨烯量子点(GQD)材料是在石墨烯的二维结构基础上，降低维度形成的一种准零维材料，具有石墨烯材料导电速度快[1]、导热能力好[2]、力学强度大和比表面积大[3]等优点，同时，具有量子点特有的可调谐的光学特性、发光效率较高等优点，在生物传感器、分子探针、光催化、太阳电池和柔性光电材料等[4]领域具有广阔的应用前景。
木质素磺酸钙-石墨烯复合量子点的制备及性能
2016年第35卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·3595·化工进展木质素磺酸钙-石墨烯复合量子点的制备及性能许利娜1，黄坤1，李守海1，李梅1，夏建陵1，2（1中国林业科学研究院林产化学工业研究所，生物质化学利用国家工程实验室，国家林业局林产化学工程重点开放性实验室，生物质能源与材料重点实验室，江苏南京 210042；2中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091）摘要：木质素磺酸盐是造纸工业主要副产物之一，本文利用木质素磺酸钙和柠檬酸为原料通过绿色简便的原位反应制备木质素磺酸钙/石墨烯复合量子点，利用荧光光谱、紫外可见光谱和透射电镜等研究了复合量子点的光学性能、结构模型和对金属离子的选择性吸附性能，结果表明该复合量子点的荧光强度是石墨烯量子点的4倍多，并且复合量子点可以选择性识别Fe3+，在10～500μmol/L范围内，Fe3+的浓度与复合量子点溶液的荧光强度有良好的线性关系，可应用于Fe3+的检测。
此荧光探针制备简便，成本低廉，检测铁离子速度快，准确性高，选择性好，在离子检测方面有潜在的应用价值。
关键词：木质素磺酸钙；石墨烯量子点；荧光探针；三价铁中图分类号：S 713；O 661.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）11–3595–05DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.11.032Synthesis and properties of lignin/graphene quantum dots composites asfluorescent sensorXU Lina1，HUANG Kun1，LI Shouhai1，LI Mei1，XIA Jianling1，2（1Institute of Chemical Industry of Forestry Products，CAF；National Engineering Lab. for Biomass Chemical Utilization；Key and Lab. on Forest Chemical Engineering，SFA；Key Lab. of Biomass Energy and Material，Nanjing 210042，China; 2 Institute of Forest New Technology，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China）Abstract：Ligninsulfonates are byproducts of the sulfite-pulping procedure. In this paper，we prepared CSL/GQDs composites by uni-form modification the GQDs with lignosulfonate calcium（CSL）via in-situ reaction in a green and facile preparative route. This article uses fluorescence spectroscopy、UV−vis spectra and TEM to investigate the optical properties，the molecular structure and the ion detection of composites. The composites exhibit strong fluorescence emission and nice selectivity which is dramatically enhanced as high as four times that of the free GQDs. The prepared sensor allows high sensitivity and specificity toward Fe3+ analysis and presents a good linearity in range of 10—500μmol/L. Furthermore，this fluorescent probe preparation is simple，low cost，and highly sensitive and specific toward Fe3+ analysis.Key words：lignosulfonate calcium；graphene quantum dots；fluorescent sensor；Fe3+目前，煤、石油和天然气等传统化石资源在现代能源结构中扮演重要的角色。
石墨烯量子点
石墨烯量子点石墨烯量子点是准零维的纳米材料, 其内部电子在各方向上的运动都受到局限, 所以量子局限效应特别显著, 具有许多独特的性质。
这或将为电子学、光电学和电磁学领域带来革命性的变化。
应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等方面。
石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用。
能实现单分子传感器, 也可能催生超小型晶体管或是利用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等。
大小不同的量子点结构,其中大的量子点也被称为单电子晶体管(SET), 被用作探测器读出旁边小量子点内的电荷状态。
单电子晶体管多栅极调控的石墨烯串联双量子点器件,通过低温输运,双点的耦合强度可以从弱到强的调节。
从而引起遂穿耦合能变化, 表明这种高度可控的系统非常有望成为将来无核自旋的量子信息器件。
科学家还测量了栅极调控的双层石墨烯并联双量子点, 通过背栅和侧栅电极的调控可以将并联双点调节到不同的耦合区间. 从双点耦合的蜂窝图抽取出了相关的耦合电容、耦合能等参数的高灵敏度, 清楚地探测到量子点内的库仑阻塞信号和激发态能谱, 甚至传统输运测量不到的微弱库仑充电信号也能被探测到。
石墨烯量子点，GQD,为基础的材料，可能会使OLED显示器和太阳能电池的生产成本更低。
新的GQDf使用任何有毒金属,如,镉、铅等,。
使用GQ助基础的材料, 可能使未来OLED面板更轻、更灵活、成本更低。
在生物医药领域, 石墨烯量子点极具应用前景。
在生物成像方面, 在理论和实验上都已证实, 量子限制效应和边效应可诱导石墨烯量子点发出荧光。
在生物医学研究领域中, 常用荧光标记来标定研究对象, 却会因为过长的激发时间使得荧光失效被称为光漂白(photo bleaching) 使得一般荧光剂在生物医学上的应用受到限制。
石墨烯量子点拥有稳定的荧光光源,石墨烯量子点在制作时产生的缺陷, 当氮原子在石墨烯量子点生产中占据原先碳原子的位置后又脱离, 使其位置有一氮空缺(NitrogenVacancy, NV), 而该缺陷在接受可见光激发后就会发出荧光。
石墨烯量子点
石墨烯量子点组装纳米管：高效的拉曼增强的一个新平台摘要石墨烯量子点，单一或少层石墨带的尺寸只有几个纳米，是一种具有独特性能的新量子点（GDS），在几何上有良好定义的量子点的组件提供了控制单个量子点间的光学和电子耦合的机会，因此也提供了凭借整体特征的价值来发挥组装量子点全部潜力的可能。
在目前的研究中，我们提出了将有序组装（0D）的零维功能的石墨烯量子点组装为一维纳米管（NT）阵列和证实他们作为一种高效的表面增强拉曼散射（SERS）应用的自由金属新平台，有着非凡的潜力。
用纳米多孔氧化铝模板的电泳沉积法已经制备出了0D GQDs的分级多孔1D纳米管结构，在GQDs的独特的多孔纳米管结构的基础上，石墨烯纳米管可以确保目标分子和GQDs之间有更高效的电荷转移，从而产生比在平坦的石墨烯片上更强的SERS效应。
一维纳米管0图形询问与设计系统独特的架构提供了一个新的和制造的SERS基底设计观点，0维石墨烯量子点的一维碳纳米管的独特结构用于设计和制造的SERS基底提供了一个新的观点。
关键词：石墨烯量子点，纳米管，组装，表面增强拉曼散射，模板正如通过石墨烯纳米带和含氮石墨烯所证明的那样，石墨烯纳米结构的几何和化学性质在确定其性质上起着重要作用[1-3]。
石墨烯量子点（GQDs）代表一种新型量子点（量子点），单个或数层石墨只有几个纳米微粒的大小，由于量子限制效应和边缘效应[4-12]，石墨烯量子点表现出独特的性能，如光致发光[4][8][13]和缓慢的热载流子弛豫[14]，这些都使它们不同于那些传统的石墨烯片。
除了稳定的光致发光，石墨烯量子点还具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性[15]，他们也可以克服溶解度极差和石墨烯片有强烈的聚集倾向这些问题[12]，结果是石墨烯量子点具有制造/设计有特殊应用的新设备的前途。
石墨烯量子点从成像到光电器件这些重要的应用都是可以预期的，到目前为止，已经发展了包括水/溶剂热法[4][15]，溶液化学法[5][6][8][21][22]，在钌表面转化C60，酸处理和化学剥脱碳纤维等各种方法来控制具有特殊性质和功能的量子点的合成。
石墨烯量子点的制备方法与表征技术
第47卷第13期2019年7月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.47No.13Jul.2019石墨烯量子点的制备方法与表征技术赵 博,杨永忠,白 斌,张小庆,朱端旭(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司,陕西 西安 710065)摘 要:石墨烯量子点是一种尺寸少于10nm 的单分散球状纳米碳材料㊂石墨烯量子点的独特性质使其在化学传感㊁生物传感㊁生物成像㊁药物输送㊁光动力疗法和催化等领域有巨大的潜在应用价值㊂常用来制备石墨烯量子点的方法分为自上而下和自下而上两种方法㊂石墨烯量子点的表征技术主要有扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜㊁原子力显微镜㊁X 射线光电子能谱㊁傅里叶变换红外光谱㊁拉曼光谱㊁光致发光光谱和紫外可见光谱等㊂关键词:石墨烯量子点;制备;表征 中图分类号:TQ127.1 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)13-0027-04第一作者:赵博(1988-),女,硕士,工程师,研究方向为煤化工㊂Preparation and Characterization of Graphene Quantum DotsZHAO Bo ,YANG Yong -zhong ,BAI Bin ,ZHANG Xiao -qing ,ZHU Duan -xu(Shanxi Coal and Chemical Technology Institute Co.,Ltd.,Shaanxi Xi’an 710065,China)Abstract :Graphene quantum dots are monodisperse spherical carbon nanomaterials with a size of less than 10nm.The unique nature of graphene quantum dots makes them potentially valuable in the fields of chemical sensing,biological sensing,biological imaging,drug delivery,photodynamic therapy and catalysis.The methods commonly used to prepare graphene quantum dots can be divided into top -down and bottom -up approach.The characterization techniques of graphene quantum dots mainly include scanning electron microscopy,transmission electron microscopy,atomic force microscopy,X -ray photoelectron energy spectrum,Fourier transform infrared spectrum,Raman spectrum,photoluminescence spectrum and ultraviolet visible spectrum.Key words :graphene quantum dots;preparation;characterization石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs)一种新型碳纳米材料,通常指由sp 2/sp 3碳内核和外层含氧/氮官能团组成的尺寸少于10nm 的单分散球状纳米碳材料㊂由于石墨烯量子点既具有相似于传统半导体量子点可调的激发/发射波长㊁强光致发光㊁特殊的双光子激发(上转换荧光)㊁以及良好的电化学性能等优点,又能够有效地克服传统半导体量子点高毒性和生物相容性差的缺陷,并且来源广泛,易于合成和功能化,被认为是半导体量子点的理想替代材料㊂至今为止,大量的应用研究表明石墨烯量子点在生物㊁医学㊁化工㊁电子等领域具有巨大的潜在应用价值,包括化学传感㊁生物传感㊁生物成像㊁药物输送㊁光动力疗法㊁光催化㊁电催化等[1]㊂本文对石墨烯量子点的制备方法进行了归纳,并介绍了石墨烯量子点常用的表征技术㊂1 石墨烯量子点的制备石墨烯量子点常用的制备方法分为自上而下和自下而上两种方法,其中自上而下的制备方法是将含有大量石墨烯结构的碳源进行切割,通过一系列的物理㊁化学或电化学方法将其分割为量子尺寸的石墨烯量子点,而自下而上的方法是指将小分子的碳源通过一定的化学手段合成团聚成更大分子量的石墨烯量子点㊂由于应用或机理研究上的需要,可以在制备过程和后处理中对石墨烯量子点的尺寸进行控制㊂对石墨烯量子点可进行表面钝化㊁官能化㊁杂原子掺杂或将石墨烯量子点与纳米材料进行复合,以满足不同应用领域的需要㊂1.1 自上而下制备方法自上而下制备方法所用碳源主要有石墨烯㊁氧化石墨烯㊁碳纳米管㊁碳纤维㊁炭黑㊁纳米尺寸的石墨㊁石墨粉㊁煤炭等,制备方法主要有水热法㊁溶剂热法㊁电化学氧化法㊁微波辅助法㊁超声波辅助法㊁脉冲激光烧蚀㊁电子束辐射等[2-5]㊂威廉马歇莱斯大学的专利[6]报道了一种用煤和焦炭制备石墨烯量子点的方法,通过将碳源暴露于氧化剂来从碳源(例如煤㊁焦炭及其组合)制备石墨烯量子点㊂Hu 等[2]以煤为碳源,将煤粉和煤焦油混合并成型,在900℃碳化2h 形成导电碳棒,将碳棒置于0.1mol /L 的NaOH 溶液和0.5mol /L 的氨水溶液混合的电解质中,在+9V(vs.SCE 进行电氧化,电解液用0.1mol /L 盐酸中和后,将上清液透析后得到碳量子点㊂Pan 等[3]在2010年提出了采用预制备的石墨烯作为碳源,在高温强酸性条件下用浓硝酸对石墨烯进行氧化切割,从而制备出了平均粒径为3.6nm 的蓝色荧光石墨烯量子点㊂华东理工大学李春忠课题组[4]和吉林大学杨柏课题组[5]均采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,对氧化石墨烯进行溶剂热还原,从而合成尺寸和荧光可控的石墨烯量子点㊂28 广 州 化 工2019年7月1.2 自下而上制备方法自下而上制备方法所用碳源主要有葡萄糖㊁柠檬酸㊁多环芳烃㊁蛋白质㊁维生素㊁小分子醇类和生物质等,制备方法主要有水热法㊁溶剂热法㊁热裂解㊁模板法和微波法等㊂Qu 等[7]以柠檬酸和尿素为前驱体,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,利用溶剂热法一步制备橙光碳量子点㊂将制备的碳量子点加入到氢氧化钠溶液中,搅拌离心获得量子产率为46%的橙光碳量子点,发光原理为碳核内较大的sp2结构和表面金属离子化作用㊂Ding等[8]报道了一种利用低成本㊁绿色和可再生的木质素通过氧化裂解和芳香族加料工艺,以氧和氮基团功能化的高质量单晶石墨烯量子点的合成㊂合成的水溶性单晶石墨烯量子点具有优异的光学性能,包括高量子率㊁明亮的荧光㊁高转化率和长期稳定性㊂Zong等[9]以介孔硅球为硬模板,柠檬酸为碳源,合成了粒径为1.5~2.5nm的荧光碳量子点㊂该碳量子点在未经表面钝化的条件下,荧光量子产率可高达23%㊂微波合成法主要是利用微波辅助热解的方法制备碳量子点, Zhang等[10]以丙烯酸和1,2-乙二胺为碳源和表面钝化剂,合成了富含胺表面基团的碳纳米点,Xu等[11]在微波辐射条件下以柠檬酸钙和尿素为原料进行反应制备了一种绿色的㊁大规模的㊁高产量的多相氮掺杂碳量子点,均匀粒径分布的氮掺杂碳量子点在固相和水相中均呈现出良好的水溶性和黄绿色荧光㊂1.3 尺寸控制石墨烯量子点的尺寸控制可以在制备过程中实施,也可以在后处理过程中实施㊂实施手段包括过滤㊁透析㊁离心㊁柱层析和凝胶电泳等㊂目前最常见的方法是在纳米反应器中制备石墨烯量子点,主要步骤可以分为三步:通过毛细作用力将有机起始物吸收到多孔纳米反应器中,在纳米反应器中裂解有机起始物,去除纳米反应器,得到石墨烯量子点[12]㊂Zong等[9]以介孔二氧化硅球为纳米反应器,以柠檬酸为碳源,采用浸渍法制备尺寸1.5~2.5nm的亲水性碳量子点,所得到的碳量子点呈现出较强的蓝色发光特性,具有单分散㊁光稳定性好㊁毒性低㊁发光性能好等特点㊂Wang等[13]以核-壳纳米颗粒聚丙烯腈@聚甲基丙烯酸甲酯(PAN@PMMA)为纳米反应器,在不同温度下进行热裂解反应,通过微乳液聚合的方法制备了均匀分布的氮掺杂碳量子点,纯化后的碳量子点均表现出能隙带状光致发光(PL)行为,在pH值5~12之间具有双发射和稳定的光致发光㊂1.4 功能化表面钝化通常是在石墨烯量子点表面接入聚合物,形成一层薄的阻隔层,以减少周围环境对石墨烯量子点表面的不利影响,从而获得更好的光学性能[14]㊂表面钝化和官能化常用的手段有共价键结合[15-16]㊁配位作用[17]㊁π-π相互作用[18]和溶胶-凝胶法[19]㊂杂原子掺杂是一种广泛用作调节物质光致发光性的方法,常见的杂原子有氮(N)㊁硫(S)㊁磷(P)㊁硅(Si)等[2,13,20-23]㊂石墨烯量子点/无机纳米颗粒复合能够使石墨烯量子点的荧光性能和无机纳米颗粒的电学㊁磁学㊁光学或机械性能结合起来,以满足不同应用领域的需要,常见的用于复合的无机化合物有铁氧化物㊁二氧化钛㊁锌㊁银㊁金㊁氧化亚铜㊁钯等[24-30]㊂2 石墨烯量子点的表征2.1 形貌结构扫描电子显微镜(SEM)可以用来观察石墨烯量子点的表面形态,通过SEM表征可以得到样品的尺寸信息[24,31-32],石墨烯量子点的SEM图像可以看出大部分的石墨烯量子点为10nm,尺寸分布持续到30nm[31]㊂透射电子显微镜(TEM)可以直观地对石墨烯量子点进行形貌观察,得到形状㊁粒径大小和分散性等信息[1-2,33],采用高分辨透射电镜(HRTEM)可以进一步观察石墨烯量子点的边缘原子结构[34]㊂Qu等[33]以柠檬酸为碳源采用热裂解方法合成了一种新型氮硫共掺杂石墨烯量子点(N,S/ GQDs),用于对活细胞中的汞离子进行高灵敏度和选择性检测㊂从TEM可以看出得到的N,S/GODs粒子为分散较好的球形粒子,粒径分布较窄,分布范围在2.8~3.5nm,平均粒径约为3.15nm,HRTEM图像显示出高结晶度,晶格条纹距离为0.23nm,与(1120)石墨烯晶格平面相对应㊂原子力显微镜(AFM)通常与TEM结合使用,可以更好的观察石墨烯量子点的尺寸以及分布情况,同时可以确定其厚度[8,33]㊂AFM图像显示了石墨烯量子点的形貌,其高度为0.4~2nm,对应1~3个石墨烯层[8]㊂2.2 化学结构X射线光电子能谱(XPS)全谱分析可以用来确定石墨烯量子点所含元素,精细谱及分峰可以确定其各个键的含量,提供晶体结构和粒径方面的信息[35]㊂傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征可以对石墨烯量子点进行结构分析和鉴定,通过红外光谱特征峰来确定石墨烯量子点基团,分析钝化情况[11,31]㊂Zhang 等[36]以柠檬酸和L-半胱氨酸为前驱体制备了氮和硫掺杂石墨烯量子点(NS-GQDs),利用X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的NS-GQDs的组成和表面化学进行了表征㊂NS-GQDs的XPS谱图中四个主要峰在159.75eV㊁281.55eV㊁397.05eV和528.65eV分别对应于S2p㊁C1s㊁N1s 和O1s的结合能,结果表明所制备的NS-GQDs主要由C㊁N㊁S㊁O四种元素组成,含量分别为57%㊁5.2%㊁㊁4.4%㊁33.1%㊂氮和硫的存在证实了成功掺杂石墨烯量子点㊂N1s高分辨率XPS谱可以确定O=C-N和C-N(399.92eV)官能团的存在㊂C1s高分辨率XPS谱四个不同的峰284.8eV㊁286.2eV㊁287.8eV和288.4eV可归于芳香环中的C=C/C-C,C-OH/C-O/C-N,C=O和O-C=0基团㊂结合能在284.8eV处的宽峰证实了所得NS-GQDs的石墨结构(sp2C-C)㊂S2p的高分辨率XPS 谱显示了C-S-C的存在㊂FT-IR谱图进一步证实了氧㊁氮和硫基团的存在,石墨烯量子点表面存在大量的羟基㊁羧基㊁胺基㊁巯基等官能团,使得合成的NS-GQDs具有良好的水溶性㊂拉曼光谱(Raman spectra),对碳材料的结构有序状态非常敏感,可以为结构的有序性程度提供可靠的信息,是表征碳材料最常用的㊁非破坏性的㊁快速的和高分辨的技术之一㊂石墨烯量子点在拉曼光谱中有典型的D峰(1350cm-1左右)和G峰(1590cm-1左右)[1-3,37]㊂Hu等[2]合成的量子点其I D/I G值相比石墨烯由1.09增加至1.21,该结果代表了所得量子点结构中存在的表面缺陷㊂Pan等[3]采用化学水热法由氧化石墨烯制备了水溶性石墨烯碳量子点,I D/I G值较大达到1.26㊂石墨烯量子点的缺陷结构和小尺寸,使其具有了独特的光致发光特性㊂2.3 光谱分析Li等[38]采用水热法制备氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs),并研究了N-GQDs的光致发光(PL)特性㊂结果表明, N-GQDs具有亮蓝色PL和优良的上转换PL性能㊂不同激发波长下N-GQDs的光致发光光谱(PL)显示,当激发波长由300nm 变为400nm时,PL峰移向较长的波长,其强度逐渐减小,在310nm激发下,PL谱在425nm处出现一个强峰,Stokes位移第47卷第13期赵博,等:石墨烯量子点的制备方法与表征技术29为115nm(1.08eV),最大半宽度(FWHM)约为100nm[38]㊂Jin 等[39]以柠檬酸和粉末状硫为前驱体,一步水热法制备了稳定的强蓝色荧光和水溶性的硫掺杂石墨烯量子点(S-GQDs)㊂掺杂硫的石墨烯量子点和未掺杂硫的石墨烯量子点紫外可见吸收光谱显示,S-GQDs在350nm有一个明显的吸收峰㊂哈尔滨工程大学马宁课题组[40]采用电化学方法合成磷掺杂石墨烯量子点(P-GQDs),对水㊁GQDs㊁P-GQDs进行了紫外可见光谱分析,并对比了三者自由基清除能力,结果显示磷掺杂的石墨烯量子点自由基清除能力最高达到79.1%㊂3 结 语目前,大多数基于石墨烯量子点的传感应用都是在实验室环境中开发和测试的,荧光碳量子点的进一步商业生产和工业应用将不会很遥远,但石墨烯量子点的产业化仍然存在一些问题:不同的起始原料和工艺得到的碳量子点在物理化学性质和光学性质方面有差异,缺乏标准化研究㊁标准工艺和标准样品,给定量分析和实验结果的比较带来了困难,在石墨烯量子点制备和性能评估方面迫切需要标准化;高量子产量的石墨烯量子点仍然较少,量子产率有待提高;石墨烯量子点的形状㊁大小和功能控制需要进一步研究;作为传感器灵敏度和选择性有待改善;需要发展延迟荧光技术将背景降到最低;减轻生物样品的自荧光干扰㊂因此,基于石墨烯量子点在众多领域的潜在广泛应用,其合成㊁表征和实际应用需要进一步研究探索㊂参考文献[1] Tian P,Tang L,Teng K S,et al.Graphene quantum dots fromchemistry to applications[J].Materials Today Chemistry,2018,10: 221-258.[2] Chao H,Chang Y,Mingyu L,et al.Nitrogen-doped carbon dotsdecorated on graphene:a novel all-carbon hybrid electrocatalyst for enhanced oxygen reduction reaction[J].Chemical 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(完整)石墨烯量子点制备与应用
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石墨烯量子点的概述1。
1。
1 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著，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著变化，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。
石墨烯量子点的磁性及激发态性质
到的频率均无虚频， 证明了我们选取的结构能稳定 存在 . 为了对 比 不 同 自 旋 态 下 同 一 个 GQDs 的 能 量 及能隙大小， 在 计 算 中 分 别 选 取 了 自 旋 单 重 态， 三 及加氢后对 应 的 二 重 态， 四 重 态. 对 于 激 发 态 重态， 的计算采用的是含时密度泛函理论（ TD-DFT ） . 所有
［ 15 ， 16 ］
石墨烯 是 由 碳 原 子 组 成 的 六 角 蜂 窝 状 的 二 维 晶格， 它具有大的 比 表 面 积 、 高 的 电 子 迁 移 率、 较小 高 的 热 稳 定 性 和 化 学 惰 性 等 特 性. 最 的质量密度 、 近， 石墨烯在光致发 光 和 电 磁 输 运 方 面 的 特 殊 性 质 及潜在的应用
2. 计算方法与细节
用基于第 一 性 原 理 的 密 度 泛 函 理 论 B3LYP /6-
* 国家重点基础研究发展计划（ 批准号：2009 CB626611 ） ， 国家自然科学基金（ 批 准 号：10974152 ） ， 国家自然科学基金青年科学基金（ 批准 西北大学研究生科研实验类项目（ 批准号：09 YSY13 ） 资助的课题 . 号：10904123 ） ， 通讯联系人 . E-mail ： guoping@ nwu. edu. cn
石墨烯尺寸的减小， 它表现出独特的量子约束及边 界效应 实验上
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， 而且引发了一些新的物理性质 . 最近，
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发现了一个有趣的现象， 可溶的石墨烯量
子点（ GQDs ） 在室温 下 同 时 具 有 光 致 发 光 现 象 和 磁 性 . 这样把磁性和光 致 发 光 统 一 起 来 研 究 是 非 常 重 并有着很大 的 应 用 前 景 . 他 们 对 制 备 的 GQDs 要的， 样本进行 电 子 顺 磁 共 振 分 析 发 现 其 在 室 温 下 具 有 铁磁性， 当 用 波 长 为 320 —420 nm 的 光 波 对 GQDs 照射时， 发现 GQDs 对波长为 320 nm 的激发光吸收 最强， 在荧光光谱 中 观 测 到 波 长 为 430 nm 的 蓝 光 . 对这种 GQDs 的 发 光 机 理 和 磁 性 来 源 进 行 分 析， 通
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石墨烯量子点所含基团
石墨烯量子点是一种由石墨烯构成的新型晶体材料，具有高表面积、较好的光学和电学性质，因此在纳米电子学领域和生物医学领域中有广泛的应用。
石墨烯量子点的含基团主要包括以下几种：
1. 羧基：石墨烯量子点中最常见的基团之一，其化学结构为-COOH。
羧基使石墨烯量子点表面带有负电荷，增加了其亲水性和生物相容性。
2. 氨基：氨基是另一种常见的基团，其化学结构为-NH2。
氨基可使石墨烯量子点表面呈现出正电荷，提高了其吸附氨基酸等生物分子的能力。
3. 磷酸基：磷酸基是一种含有磷元素的羧基，其化学结构为-COOPO3H2。
磷酸基可提高石墨烯量子点的稳定性和生物相容性，使其在生物医学领域的应用更加广泛。
4. 硫基：硫基是一种含有硫元素的基团，其化学结构为-SH。
硫基使石墨烯量子点表面带有负电荷，可以与金属离子形成络合物，具有良好的催化性能。
5. 烷基：烷基是一种不带电荷的有机基团，其化学结构为-CH2-。
石墨烯量子点中常见的烷基有甲基、乙基等。
烷基可以改变石墨烯量子点表面的化学性质，从而影响其与其它分子的相互作用。
7. 端基：端基是指石墨烯量子点表面的未饱和原子，如末端的氢原子、氧原子等。
端基可影响石墨烯量子点的形态、稳定性和生物相容性。
总之，石墨烯量子点的含基团决定了其表面性质和生物活性，对其在不同领域中的应用有着重要的影响。
未来对石墨烯量子点含基团的研究将有助于进一步发展其应用和解决其相关问题。