石墨烯量子点的制备及应用研究进展

石墨烯量子点是一种新型的零维碳纳米材料,不同于常规碳材料,因其具有量子局限效应和边缘效应,在催化、检测、生物医学以及传感器等化工领域显示出重要的应用价值。因此,石墨烯量子点的制备以及应用研究迅速成为石墨烯研究领域的热点之一。综述了石墨烯量子点的制备以及应用研究的发展现状,探讨了现今该领域亟待解决的问题以及今后的发展趋势和前景。     

石墨烯量子点的制备及应用进展

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。     

基于石墨烯量子点的多相催化剂（英文）

石墨烯量子点作为纳米炭家族中独特的一员,由于其高比表面、丰富的表面化学反应位点和高电荷转移性能,已成为全解水和金属-空气电池等领域中的重要催化剂。了解石墨烯量子点在多相催化中的催化机理有助于合理设计高性能石墨烯量子点基催化剂。本文综述了近年来石墨烯量子点基多相催化剂的合成、改性及在全解水、金属-空气电池等领域应用的研究进展。讨论了目前石墨烯量子点基催化剂研究中存在的问题,并对设计高性能石墨烯量子点基催化剂的前景进行了展望。     

氧化锌量子点修饰磁性石墨烯三元复合材料制备和光催化性能

通过溶剂热法和溶胶-凝胶法分别制备磁性石墨烯和氧化锌量子点,然后通过超声的方法将氧化锌量子点成功负载到磁性石墨烯上制得氧化锌量子点修饰的磁性石墨烯三元复合材料。通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对制得的材料进行表征。结果显示氧化锌量子点均匀地分布在石墨烯表面,粒径为5nm。通过在紫外光照射下降解亚甲基蓝来研究复合材料的光催化性能。结果显示,对亚甲基蓝的降解率,单纯的氧化锌量子点为53.32%;而氧化锌量子点修饰的磁性石墨烯三元复合材料提高到了87.56%,即使在使用5次后仍然具有较高的光催化活性和稳定性。     

氧化石墨烯的制备及其负载抗感染药物的研究

石墨烯是由碳原子以sp2杂化排列形成的,具有单原子层结构的新型二维原子晶体。迄今为止,石墨烯的量子物理特性及其在纳米电子元件、透明导体、纳米复合材料等方面的潜在应用已被人们研究,但其在生物医药领域的应用却很少有报道。文章制备出功能化的氧化石墨烯具有良好的水溶性和稳定性,通过研究氧化石墨烯与抗感染药物-哌拉西林钠他唑巴坦钠的作用机制,探索其在生物医药领域的应用。     

石墨烯量子点的表征分析技术

石墨烯量子点自首次发现以来便受到广泛的关注,然而由于石墨烯量子点结构的异质性,目前对于其发光机理的研究仍不明晰。借助现代分析表征技术全方位地解析石墨烯量子点的微观结构,对深入研究其发光机理具有重要意义。介绍了用于石墨烯量子点微观结构研究的一些常规表征手段及其发展现状,并对近期用到的一些先进表征技术(特别是联用技术)在石墨烯量子点微观结构和生物成像方面的研究进行了综述。最后对石墨烯量子点的表征技术以及研究趋势进行了展望。     

石墨烯量子点的制备及在生物传感器中的应用研究进展

石墨烯是由一层碳原子以sp~2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的二维碳纳米材料,由于其超大的平面共轭结构,石墨烯中的π电子具有显著的离域效应。石墨烯具有许多令人惊奇的电子或电学性质,比如室温量子霍尔效应、自选传输性质、极高的载流子迁移率和超低的电阻率以及优异的光学性质和力学性质。然而,与其他绝大多数二维材料不同,较大二维尺寸的石墨烯还具有零带隙的半金属材料特性,限制了石墨烯在光电器件和半导体等领域的应用。因此,如何打开石墨烯的带隙,将其从半金属材料转变为半导体材料,引起了人们的广泛兴趣。目前,已知打开石墨烯带隙的方法主要有两种:一种是对石墨烯进行化学掺杂以破坏其π电子共轭体系;另外一种是基于量子效应,将石墨烯切割成纳米带、纳米筛或量子点。石墨烯量子点(GQDs)是二维平面尺寸小于100 nm的石墨烯片段,因其具有量子限域效应和边界效应而呈现出特殊的物理化学性质,是一种具有带隙的半导体材料。与传统半导体量子点相比,GQDs具有毒性低、水溶性好、化学活性低、生物相容性好以及荧光性质稳定等突出优点。此外,GQDs具有单原子层平面共轭结构和较大的比表面积,同时表面的含氧基团可以为外来分子与之结合提供活性位点,在太阳能电池、光电子器件、生物医药等领域具有广泛的应用前景。GQDs的制备方法主要分为自上而下和自下而上两种方法。自上而下法主要包括强酸氧化法,水热/溶剂热法,电化学氧化法等。该方法的优点是原料来源丰富、制备过程相对简单,制备所得的GQDs表面含有丰富的含氧基团,具有良好的水溶性,易于表面功能化。自下而上方法主要分为可控有机合成和碳化反应。前者可以制备出具有精确碳原子数、大小和形状均一的GQDs,但是制备过程复杂繁琐、反应耗时长且产率较低,而后者所制备的GQDs,其尺寸和结构难以控制,产物具有多分散性。本文全面介绍了石墨烯量子点的各种制备方法,对这些方法的特点进行了评论,同时对重要或新颖方法的反应机理进行了阐述,并且重点介绍了GQDs在生物传感器方面的应用,最后对GQDs的未来研究和发展前景进行了展望。     

石墨烯量子点在生物医学中的研究进展

石墨烯量子点是石墨烯超家族的衍生物,与高维度石墨烯相比,具有良好的生物相容性,较低的细胞毒性及较好的化学修饰性。自发现以来,石墨烯量子点的应用领域被逐渐地拓宽。其中石墨烯量子点的生物应用主要包括生物成像、生物传感器、药物运输、基因载体、抗菌抗病毒及肿瘤的光动力治疗研究等。主要介绍了近几年有关石墨烯量子点生物相容性及其在生物医学研究的进展,并对其发展前景进行了展望。     

石墨烯量子点的制备

主要通过水热法合成了石墨烯量子点,并对合成的石墨烯量子点进行了相关表征。具体的合成步骤为:(1)采用Hummers方法合成氧化石墨烯;(2)硼氢化钠和柠檬酸钠还原氧化石墨烯;(3)以浓硫酸与浓硝酸预氧化石墨烯;(4)膨化处理;(5)水热处理;(6)透析处理,得到石墨烯量子点。表征主要包括紫外光谱,荧光光谱表征,还有电化学和电致发光分析表征。结果表明,所合成的石墨烯量子点具有良好的紫外和荧光响应信号和稳定的化学发光信号。     

石墨烯在量子霍尔电阻中的应用

基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯在电学计量领域的应用开展了大量的工作,取得了可喜的进展。对当前石墨烯在量子霍尔电阻中应用的进展和存在的问题进行了总结,并对未来的发展进行了展望。     

石墨烯/量子点复合材料的研究进展

石墨烯/量子点复合材料因其具有优异的性能,近年来已成为国内外研究的热点。着重介绍了石墨烯/量子点复合材料的制备方法和应用进展。     

石墨烯-硒化物量子点复合物的制备与性能研究

利用表面包覆1层吡啶分子的量子点和化学还原性石墨烯通过π-π堆积的方式,制备了石墨烯-量子点(PbSe、ZnSe、CdSe)复合物。包覆在量子点外层的吡啶分子芳香环结构起到桥梁的作用,将石墨烯和量子点π-π堆积起来,同时延伸了石墨烯的共轭结构。通过XRD、UV-Vis、TEM、Raman等表征手段,考察了相应复合物的结构、形成机理与性质。所制石墨烯-量子点复合物能稳定分散于水或极性溶液中,使得此类石墨烯复合物在生物体内具有良好的应用前景。通过循环伏安法对制备的产物进行了电化学性能测试。根据循环伏安曲线,复合物CCG-ZnSe的电容较单纯的CCG、ZnSe有大幅提高。     

氮氯共掺杂石墨烯量子点的合成及其对汞离子检测

以果糖、乙二胺、盐酸为原料，采用水热法将N、Cl原子掺杂在石墨烯量子点上，制备出氮氯共掺杂石墨烯量子点(N,Cl-GQDs),利用透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等手段对其结构和性能进行了表征。结果表明：合成的N,Cl-GQDs为分散效果良好的球形，与单独氮掺杂及未掺杂的石墨烯量子点相比，双元素掺杂石墨烯量子点具有更好的光学性能。同时利用电化学发光淬灭原理构建了传感器，实现了对汞离子的检测，计算得出检测限为0.03ng/mL。     

Au@石墨烯量子点复合材料的制备及表面增强拉曼散射应用

以柠檬酸钠为还原剂,采用原位化学还原法制备了Au@石墨烯量子点复合材料。对材料进行了扫描电镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线光电子能谱仪以及拉曼光谱仪等表征。结果表明,复合材料相比于氧化石墨烯量子点的I_G/I_D值增加,说明其石墨化程度有所提高。将复合材料应用到表面增强拉曼散射(SERS)中检测罗丹明6G(R6G),复合基底的SERS强度为Au纳米基底的9倍,是氧化石墨烯量子点基底SERS强度的12倍,表明Au@石墨烯量子点复合材料在SERS检测中具有潜在应用。     

石墨烯结合量子点制成高灵敏光电探测器

正据物理学家组织网报道,西班牙塞西斯光学技术研究所用石墨烯结合量子点成功研发出一种混合型光电探测器,灵敏度是其同类探测器的10亿倍。研究人员指出,该研究预示了石墨烯在光学传感器和太阳能电池领域的新应用。相关论文发表     

石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶材料的制备及其吸附性能研究

目的以石墨烯量子点为填充材料,纤维素为基体,制备石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶。方法以原生木浆纤维为原料,氯化锌溶液为溶剂来溶解纤维素,以无水硫酸钠为成孔剂,石墨烯量子点为填充材料,经水洗固化、低温冷冻干燥制备纤维素气凝胶复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、吸附实验等研究气凝胶的微观结构和对甲基蓝的吸附性能。结果制备的气凝胶材料具有三维多孔结构,大孔较多,密度低,纤维素气凝胶的密度为0.113 g/cm^3,吸附率为5.85%;复合气凝胶的密度为0.116 g/cm^3,吸附率为11.22%。结论石墨烯量子点的加入改善了纤维素气凝胶对甲基蓝的吸附效果。     

石墨烯/金属复合材料的研究进展

石墨烯特殊的二维结构和优异的性能使其成为材料领域的研究热点,而石墨烯与金属复合材料是石墨烯应用的重点研究方向之一.概述了近年来石墨烯负载金属纳米颗粒复合材料的制备及其在催化、传感、光谱学方面的应用进展,以及石墨烯增强金属基复合材料在高强度高导热导电领域的研究进展,重点介绍其中一些具有优异性能的研究体系及其在研究中面临的困难.     

生物质衍生石墨烯和类石墨烯炭用于能源储存与转换的研究进展（英文）

石墨烯和类石墨烯炭材料(G炭)具有高比表面积、优异的导电性和导热性等性质,很多原料可以被用来制备石墨烯和类石墨烯炭材料。该文介绍了近年来多种自然资源作为碳前体合成高质量G炭的方法,包括高温处理、基底上生长、模板辅助合成、无模板的自生催化、g-C_3N_4衍生、等离子体辅助合成、激光诱导等,分析了生物质合成石墨烯量子点的特点,讨论了G炭在电化学储存与转化、灵敏传感器等领域中的应用。这篇综述将有助于研究人员理解生物质高效利用并制备G炭,有利于大规模工业化生产的研究。     

Sn量子点/石墨烯复合材料的合成及储锂性能

Sn基材料是目前高容量锂离子电池电极材料研究的热点,但循环性能较差阻碍了其大规模应用。以氧化石墨烯为载体,通过化学还原法在载体表面成功均匀负载<10 nm的Sn量子点,合成Sn量子点/石墨烯(SnQds/rGO)复合电极材料。结果表明,Sn质量分数为90wt%的SnQds/rGO复合材料具有良好的综合电化学性能,首次放电容量和库伦效率分别为939 mAh/g和66.6%,经过200次循环后容量可达621 mAh/g,容量保持率为66.1%。小尺寸的Sn量子点与石墨烯复合能够增强电极材料的结构稳定性和降低阻抗,改善电极材料的循环性能和倍率性能,但会导致首次库伦效率有所降低。      

石墨烯在场发射器件中的应用与研究现状

场电子发射是一种独特的量子隧穿效应,也是真空微电子学的基础之一。基于场发射技术的冷阴极发射体一直被视为未来理想的电子发射阴极。石墨烯是一种具备单层碳原子结构的新型碳材料,其电子迁移率高、机械强度高、热导率高,具有稳定的物理化学特性,因此受到科研工作者的广泛关注。与此同时石墨烯具有较高的长径比(横向尺寸与厚度的比值),这一结构特性能够获得较大的场增强因子。石墨烯的上述特性使得其成为具有广阔应用前景的场发射阴极。本文主要综述石墨烯场发射理论的研究进展、石墨烯/石墨烯基场发射阴极的研究现状、场发射阴极结构以及场发射阴极的制备方法,并对场发射领域的石墨烯研究进行了展望。