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。     

碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展

碳量子点因其具有易于制备、性能稳定、荧光量子转化效率高、成本低廉和环境友好等优点而备受关注。综述了近些年来,碳量子点荧光材料的制备方法及其在金属离子检测领域的应用,并为绿色高效碳量子点的制备与绿色应用的关键技术提供新的理念和思路。     

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。     

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。     

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。     

荧光碳点的制备和性质及其应用研究进展

荧光碳点是继碳纳米管、纳米金刚石和石墨烯之后,最受关注的碳纳米材料之一。与传统半导体量子点相比,碳点具有优异的荧光性能、小尺寸特性、良好的生物相容性、低毒性以及表面易于化学修饰等特点,在环境检测、生物成像、药物载体、光催化及电催化技术等领域具有很好的潜在应用价值。总结了碳点合成方法、结构与性能及应用面进展,剖析了目前制约碳点应用发展的瓶颈问题,并展望了其未来的研究发展重点方向。      

荧光碳量子点的制备与进展

近年来,碳量子点作为一种新型的纳米材料,具有低细胞毒性、强荧光性、良好的生物相容性以及制备方法简单等特点,在生物传感、药物传递、细胞成像以及分析检测等领域具有潜在的应用价值,而受到人们的广泛关注。在此综述了碳量子点的制备方法、性质以及应用等,并对其发展前景进行了展望。     

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。     

手性碳量子点的研究进展

手性碳量子点不仅具备手性性质,而且也继承了碳量子点的光致发光、低毒、生物相容性好等优异的性能,在传感器、催化和生物医药等领域展现出了巨大的应用前景。对手性碳量子点的发展历程、合成方法和应用研究进行了综述,并对手性碳量子点的发展和应用进行展望,为未来手性碳量子点的相关应用研究提供参考。     

基于生物质烟灰的碳量子点的制备及性能

分别以河北沧州和山东日照的民居烟道灰为原料,通过酸回流法成功制备了具有良好水溶性和稳定性的碳量子点。高分辨透射电子显微镜观察表明碳量子点为球形颗粒,内核尺寸小于1 nm;傅里叶变换红外光谱仪和X-射线光电子能谱仪研究表明碳量子点表面含有羧基、羟基等有机官能团;拉曼光谱和X-射线衍射测量表明碳量子点结晶性差,内部含有大量缺陷;荧光光谱测量结果表明碳量子点发射黄色荧光,波长大于500 nm且具有较高的荧光量子产率,最高可达3. 83%。结果表明,民居烟道灰有望成为碳量子点制备的新型廉价原料,所获得的黄光发射碳量子点在生物成像等领域具有广阔的应用前景。     

石墨烯的制备与应用研究进展

石墨烯是由单层碳原子构成的新型二维晶体材料.在过去的几年里,这种独特的单原子层结构展现了许多奇特的物理化学性质,并且已经在微电子、量子物理、材料和化学等领域表现出优异的性能和广泛的应用前景,使碳材料继碳纳米管后再次成为国内外的研究热点.本文简要概述了石墨烯的性质、制备方法以及潜在应用,并对它的未来发展做了展望.     

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-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。     

碳量子点在废水处理领域的研究进展

近年来经济的迅速发展产生了大量污染物，对环境造成了极其严重的危害，其中废水已经通过各个渠道影响人类的生命健康，但是至今并未得到有效解决。碳量子点(CQDs)是一种具有独特荧光性质的新型纳米碳材料，又具有成本低、环境友好等特点，其中低毒性和荧光特性可运用于废水处理领域。因此，首先介绍了碳量子点的常用制备方法，并总结了其优缺点；其次，阐述了碳量子点作为催化剂对废水中各种污染物的降解、制备成复合膜对废水中重金属和有机染料的吸附、作为传感器对废水中毒离子的监测的最新应用研究；最后，总结了碳量子点在废水处理这一领域的不足之处，提出了碳量子点未来面临的机遇和挑战。     

基于绿色天然物质合成荧光碳点及其性质和应用综述

由于荧光显微技术、激光技术和纳米技术的快速发展,荧光纳米材料在生物医药研究和应用方面也越来越重要。传统的荧光材料包括小分子、共轭聚合物等,被广泛应用于生物成像、生物标记诊断、荧光检测等领域。20世纪,随着纳米科学的出现,一种新型的荧光材料——量子点开始进入人们的视野。传统的量子点主要由Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ族元素组成(如Cd、Te等),故称为半导体量子点,由于传统半导体量子点的主体为半导体,在生物安全和环境污染方面存在隐患,从而限制了量子点的应用和发展。自2004年首次发现荧光碳点以来,碳点就一直受到国内外学者的广泛关注。碳点一般指尺寸小于10 nm,具有准球形的结构,能稳定发光的一种纳米碳。与其他碳纳米材料相比,碳点具有独特的发光性质,即发光具有尺寸和波长依赖性。同时,碳点发光克服了有机染料发光不稳定、易光漂白等缺点。此外,碳点易制备且原材料来源广泛、价格低廉。碳点的细胞低毒性对于其在生物领域的应用至关重要,因此,受到了研究者的极大重视。由于碳点不含重金属元素,因此不具有无机半导体量子点的高毒性,可应用到生物成像以及荧光靶向定位领域。最近几年更是掀起了以绿色天然物质为碳源合成荧光碳点的研究热潮。合成此类碳点的优势在于其原料廉价、可再生,适合大规模制备,减少了与化学物质的接触,绿色环保。目前主要报道的原料集中在蔬菜、水果,植物花瓣和果实等,大部分天然物质均含有糖类、蛋白质等成分,从而在合成过程中自我钝化形成异元素掺杂碳点,使其光学性能优异并被广泛应用。但目前报道的此类碳点发光主要集中在短波长且荧光量子产率较低,发光机理尚未明确。本文基于绿色天然物质合成的荧光碳点的最新研究进展,总结了此类碳点的主要合成方法、表征方法、性质以及在离子传感、生物传感与检测、生物成像等领域中的应用,分析总结了此类碳点的优点和缺点,最后展望了基于绿色天然物质合成的荧光碳点在药物载体及药物传递、靶向治疗疾病等研究领域的发展方向。     

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。     

我国实现米级单晶石墨烯的制备

<正>石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系,具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应,石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系,在未来量子信息、量子计算和量子通讯等领域具有广泛的应用前景。     

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。     

一步法合成特异性pH响应碳量子点及其发光机理研究

本研究利用溶剂热反应, 以柠檬酸为碳源, 甲酰胺和水为混合溶剂, 一步合成氮掺杂碳量子点。研究表明, 所制备的氮掺杂碳量子点具有良好的水溶性和明亮的蓝光发射, 以及典型的依赖于激发光的荧光发射特性。特别的是, 该碳量子点显示出不同于普通碳量子点的、独特的pH响应行为, 除了具有传统的荧光强度随着pH变化的响应行为外, 还表现出在碱性条件下, 产生新的不依赖于激发光的红光发射的性能。通过系统研究碳量子点在不同碱性环境和不同羟基含量溶液中的荧光特性, 结合拉曼光谱、红外、XPS等表征, 分析其化学组成与表面态分子, 探讨了其发光机制, 证实这种特异性pH响应行为是由于在强碱性环境中含有的大量氢氧根结合在碳量子点表面, 从而改变碳量子点的表面状态, 形成新的稳定的发光中心。最后, 通过细胞毒性实验及细胞成像分析表明, 所获得的碳量子点具有低细胞毒性, 并可作为荧光探针应用于细胞成像, 显示其在生物成像领域的潜在应用价值。     

碳量子点的氨基化及其对发光性能的影响

利用水热反应釜的条件,使碳量子点的含氧基团与氨水反应,实现了碳量子点的表面氨基化。制备的氨基化碳量子点尺寸分布均匀,总的含氮量受反应温度影响。实验结果表明:氨基化后的碳量子点荧光发射性质明显优于未氨基化的碳量子点;氨基化的氮源及其氮源加入反应过程中的顺序均会影响碳量子点的荧光发射效率。通过实验设计,确定出了氨基化碳量子点的最佳制备条件,从而为碳量子点的光学性质调控及应用奠定了技术支持。