石墨烯量子点的制备及应用

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。     

石墨烯量子点的制备与表征

介绍了一种改进的溶剂热法制备石墨烯量子点(GQDs)。该方法以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和氧化石墨烯(GO)作为溶剂和原料,过程中会对GO进行微波膨胀预处理,然后进行反应。分别采用紫外可见吸收、光致发光、红外、透射电镜对石墨烯量子点进行结构、形貌以及荧光性能的表征。通过该方法制备的GQDs的荧光发射光谱表明其具有可激发性且具有良好的荧光性能。     

石墨烯量子点的制备方法与表征技术

石墨烯量子点是一种尺寸少于10 nm的单分散球状纳米碳材料。石墨烯量子点的独特性质使其在化学传感、生物传感、生物成像、药物输送、光动力疗法和催化等领域有巨大的潜在应用价值。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。石墨烯量子点的表征技术主要有扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、光致发光光谱和紫外可见光谱等。     

石墨烯量子点光致发光性能及调控机制研究进展

石墨烯量子点是一类重要的石墨烯衍生物,在量子尺寸效应的作用下,石墨烯量子点显示出与传统石墨烯截然不同的半导体特性。目前,石墨烯量子点以其优异的光致发光特性,高稳定性,低生物毒性,可调制的界面结构,在荧光防伪材料、生物成像、肿瘤诊疗、光/电催化等领域展现出突出的优势。从石墨烯量子点光致发光特性出发,对石墨烯量子点的带隙这一关系到该材料在各应用领域的重要基本物性进行总结,旨在明确当前在石墨烯量子点光致发光机制研究、光致发光性能调制两大领域的研究进展与挑战。     

氮掺杂石墨烯量子点/细菌纤维素复合膜的制备及应用

以一水合柠檬酸和尿素为前驱体,采用一步水热法制备出具有良好水溶性和荧光性能的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)。以细菌纤维素(BC)为基体,采用原位浸渍的方法制备出了N-GQDs/BC复合膜。通过紫外-可见光谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、荧光光谱仪、透射电子显微镜对N-GQDs的结构和性能进行了表征,开发出一种绿色简单的荧光生物传感器并用于多巴胺(DA)的敏感检测。结果表明:N-GQDs/BC复合膜的荧光强度能有效地被DA猝灭,且DA浓度在0~100μmol/L的范围内呈现出很好的线性关系,检测限为3.3×10~(-8)mol/L;通过分析淬灭机制证明了荧光猝灭是由于电子转移导致的。     

组氨酸功能化石墨烯量子点@氧化镍的制备及其电化学性能研究

以柠檬酸和组氨酸为碳源构筑了组氨酸功能化石墨烯量子点@氧化镍(His-GQD@NiO)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及恒流充放电仪等对复合材料的结构、形貌和电化学性能进行表征与分析。结果表明,该复合材料表现出优异的电化学性能,在电流密度为1 A/g时,比电容达到542 F/g,并且具有良好的循环稳定性(5 000次循环后电容保持率为94.8%)。良好的电化学性能归因于材料优异的导电性、结构的稳定性以及高效的电解液传输通道。     

含甲氧基官能团的石墨烯量子点的制备与研究

采用溶剂热的方法,在200℃的温度下反应10 h制备了石墨烯量子点;并利用透射电子显微镜、荧光光谱、红外光谱等方法分析表征样品.测试结果表明材料具有以下特点:该石墨烯量子点颗粒尺寸在1.5 ～4 nm;能够均匀的分散在水溶液中;表面含有甲氧基官能团;发射光谱随着激发光的红移而红移;并且具有上转换的发光性能.     

量子点的应用及研究进展

量子点因具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、高的荧光量子产率和寿命长等特殊的性质,是一种比荧光染料分子更理想的生物探针。详细介绍了国内外的几种量子点制备方法及其表面修饰,另外综述了量子点在生物学的应用。     

淀粉基N-掺杂石墨烯量子点的制备研究

以淀粉和尿素为原料,通过一步水热反应法获得氮掺杂的石墨烯量子点(N-G Q D s),在190?℃下,调控原料配比(淀粉与尿素的质量比为1:1、1:2、1:3)及反应时间(4?、6、8?h),获得9组不同条件下制得的N-GQDs.通过傅里叶红外光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及X射线电子能谱分析仪对N-GQDs进...     

石墨烯碳量子点用于氟喹诺酮类抗生素的荧光检测

采用石墨烯碳量子点(GCDs)作为荧光单体,建立了基于荧光技术的快速检测氟喹诺酮类抗生素(FQs)的方法。在GCDs浓度为50%,培育时间为10 min的条件下,在FQs浓度为0～50μmol/L时,GCDs可以线性检测FQs,针对4种不同的FQs,方法的检测限在0.8～2.2 nmol/L之间。     

氮和硫双掺杂石墨烯量子点的合成及其性能研究

以来源丰富的大豆蛋白为前体,采用水热法和乙醇沉淀的分离方法合成了氮和硫双掺杂的石墨烯量子点（N,S-GQDs）。通过红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光光谱（UV-vis）、高分辨率透射电镜（HRTEM）、原子力显微镜（AFM）和荧光光谱表征了N,S-GQDs的结构,及其对铁离子的检测性能。结果表明：大豆蛋白-柠檬酸-尿素水溶液在220℃水热温度下反应10 h,获得荧光量子效率为9.23%的N,S-GQDs,其水分散液具有明亮的蓝色荧光。N, S-GQDs具有0.34 nm的石墨烯晶格并展现出清晰的快速傅里叶变换图像,其厚度为2~5 nm。N, S-GQDs对Fe³⁺的检测限为0.95 μmol/L。本工作乙醇沉淀的简便方法将是一种快速获得N,S-GQDs固体的方法。     

基于氮掺杂碳量子点的荧光微球制备和Fe3+检测

分别以尿素、氨水、二乙烯三胺、多乙烯多胺为氮源,绿色廉价的白菜为碳源,采用水热法合成氮掺杂的蓝色荧光碳量子点,结果表明多乙烯多胺氮掺杂碳量子点（NCDs）荧光量子产率最高为53.3%。然后将NCDs作为荧光探针应用于荧光微球制备和Fe³⁺检测方面,以三聚氰胺甲醛（MF）为载体,合成了氨基化MF荧光微球;基于Fe³⁺对NCDs良好的荧光猝灭效应,建立了一种荧光测定Fe³⁺的方法,并对NCDs和MF荧光微球的结构和性能进行表征。结果表明,NCDs的荧光性能得到了显著的改善;MF荧光微球单分散性好、荧光性能好且稳定,在生物医学领域方面有重要的应用价值;NCDs对Fe³⁺具有单一选择性,Fe³⁺浓度在0~2μmol/L内与NCDs的荧光猝灭程度呈良好的线性关系（R²=0.9945）,检出限为0.035μmol/L。将该体系应用于实际水样中Fe³⁺的测定,相对标准偏差（RSD,n=6）在1.42%~3.02%内,加标回收率在98.7%~104.5%之间。该体系对Fe³⁺检测灵敏性好、选择性高以及抗干扰性强,在离子分析检测方面有潜在的应用前景。     

石墨烯量子点纳滤膜的仿生修饰及稳定性研究

亲水修饰是提高纳滤膜抗污染性能的重要方法。采用氯化胆碱（ChC）对石墨烯量子点（GQDs-TMC）纳滤膜进行后处理仿生修饰,模拟细胞膜上磷酰胆碱的两性离子抗污染表面。红外光谱（FTIR）和表面元素分析（EDS）表明ChC以共价键结合在纳滤膜分离层上。提高反应温度和氯化胆碱溶液浓度,可以增加纳滤膜的仿生修饰程度。ChC的季铵基团与GQDs-TMC纳滤膜分离层羧基基团形成两性离子结构,提高了仿生修饰（GQDs/ChC-TMC）纳滤膜的亲水性,降低了表面电势,提高了对染料分子和二价盐离子的截留率,并且显著增强了抗污染性能。经过酸、碱和氧化剂溶液浸泡处理及高温纳滤膜分离实验,GQDs/ChC-TMC纳滤膜的渗透率和截留率均未发生较大改变,表明仿生纳滤膜具有优异的化学稳定性和耐热稳定性。     

Janus石墨烯量子点在生物膜中的输运行为：分子动力学模拟

作为纳米载体,石墨烯量子点已广泛应用于生物医药领域,然而对于异质结构的石墨烯量子点细胞膜内化路径研究不足。从空间异质性结构设计出发,构建了一系列不同氧化程度与空间异质分布的Janus石墨烯量子点。基于分子动力学模拟研究了不同结构的Janus石墨烯量子点跨膜输运行为,通过分析跨膜输运过程中的构型变化、分子间作用能量、溶剂可及面积等参数,发现Janus石墨烯量子点跨膜输运行为由亲水-亲油平衡、空间异质分布控制,且呈现外力牵引依赖性变化。本文在分子水平上系统研究了Janus石墨烯量子点与细胞膜相互作用规律,对其结构设计及生物医药应用提供理论指导。     

Janus石墨烯量子点在生物膜中的输运行为：分子动力学模拟

作为纳米载体,石墨烯量子点已广泛应用于生物医药领域,然而对于异质结构的石墨烯量子点细胞膜内化路径研究不足。从空间异质性结构设计出发,构建了一系列不同氧化程度与空间异质分布的Janus石墨烯量子点。基于分子动力学模拟研究了不同结构的Janus石墨烯量子点跨膜输运行为,通过分析跨膜输运过程中的构型变化、分子间作用能量、溶剂可及面积等参数,发现Janus石墨烯量子点跨膜输运行为由亲水-亲油平衡、空间异质分布控制,且呈现外力牵引依赖性变化。本文在分子水平上系统研究了Janus石墨烯量子点与细胞膜相互作用规律,对其结构设计及生物医药应用提供理论指导。     

Enhanced photoresponse and photocatalytic activities of graphene quantum dots sensitized Ag/TiO2 thin film

TiO₂ thin films were fabricated through hydrothermal method. Silver nanoparticles were loaded on TiO₂ thin films via photoreduction technique. Subsequently, the graphene quantum dots (GQDs) were spin‐coated on the Ag/TiO₂ nanocomposites thin films. The crystal structure, surface morphology and UV‐vis absorbance were tested by XRD, SEM and ultraviolet‐visible spectrophotometer. These results indicated that Ag nanoparticles and GQDs are anchored on the TiO₂ nanorods. Absorbance of Ag/TiO₂ and GQDs/Ag/TiO₂ nanocomposite thin films have been extended into the visible region. Visible‐light response of the samples were investigated by electrochemical workstation. The photoresponse of the sample can be enhanced by sensitization of the Ag nanoparticles and GQDs. The enhanced visible‐light response may be due to the surface plasmon resonance of silver nanoparticles and visible absorbance of GQDs. The highest photocatalytic activity has been observed in the 9‐GQDs/Ag/TiO₂ composite thin film. The efficient charge separation and transportation can be achieved by introducing the Ag nanoparticles and GQDs in the TiO₂ thin film.     

苯甲醛修饰的聚酰胺胺树状大分子的合成与荧光性能研究

以乙二胺为中心核,丙烯酸甲酯为支化单体,苯甲醛为端基官能团合成了3.0代和4.0代两种聚酰胺胺-苯甲醛树状大分子。对其荧光性能进行了研究,结果表明,溶液中的Fe3+对不同代数聚酰胺胺-苯甲醛树状大分子的荧光具有淬灭效应,并且荧光发射峰出现了红移现象。溶液中的Zn2+对聚酰胺胺-苯甲醛树状大分子的荧光具有增强作用,但是当Zn2+与树状大分子摩尔比持续增加时,其混合溶液的荧光强度却减小。     

Synthesis of multi-color fluorescent carbon quantum dots and solid state CQDs@SiO2 nanophosphors for light-emitting devices

Carbon quantum dots (CQDs) with multi-color emission are synthesized through hydrothermal method by varying the ratio of citric acid (CA) and urea, the solvent (water, ethyl alcohol, and dimethylformamide), the hydrothermal temperature, and reaction time. The CQDs emit bright fluorescence which can be gradually tuned from blue to red continuously, almost covering the whole visible spectrum. The emission peaks of the CQDs shift from 450 nm to 650 nm with the surface groups and structures changing. Importantly, all solid state CQDs@SiO₂ nanophosphors are successfully synthesized by reversed-phase micromulsion method. Based on these solid state phosphors, multi-color CQDs@SiO₂ phosphors-based light-emitting diodes (LED) and white light-emitting diode (WLED) with a Commission Internationale de L’ Eclairage (CIE) value of (0.3497, 0.3045) are fabricated in a low-cost, environment-friendly way.     

Viscoelastic and mechanical characterization of graphene decorated with graphene quantum dots reinforced epoxy composites

The article explores viscoelastic and mechanical property analysis of graphene decorated with graphene quantum dots (GDGQD) reinforced epoxy composite. Tensile, nanoindentation, and nano-dynamic mechanical analysis (DMA) tests were conducted on the composite with 0 to 1 wt% filler variation (an interval of 0.25 wt% maintained). The hardness and elastic modulus for two different loading conditions under a frequency range of 10 to 250 Hz were performed. The viscoelastic properties described through loss tangent and storage modulus graphically and the various factors such as modulus and depth of penetration were influenced by force frequency and mobility of the molecular chain. The results revealed the role of GDGQDs as filler material for enhancing the nanomechanical and tensile properties of the epoxy matrix. The differences in the properties can be ascribed to the filler interfacial bonding with the polymer matrix at the molecular level. The macro-level properties like tensile properties following the same trend as that of the micro-level properties like nano-indentation and nano-DMA results. Further, with the GDGQD aspect ratio, and assuming three-dimensionally filled randomly orientation of filler, the Halpin-Tsai model was satisfied with the experimental tensile modulus values.     

Electrospinning of fluorescent fibers from CdSe/ZnS quantum dots in cellulose triacetate

Fluorescent cellulose triacetate (CTA) fibers were prepared by electrospinning solutions of CTA dissolved in an 8 : 2 v/v cosolvent system of methylene chloride (MC) and methanol (MeOH) which contained CdSe/ZnS quantum dots (QDs). The relatively low loading of colloidal nanoparticles was sufficient to impart fluorescence to the fibers but did not significantly alter fiber morphologies, which tended toward smooth surfaces with the occasional longitudinal feature. The fibers were birefringent due to the alignment of the polymer chains which occurred during electrospinning and had widths on the order of a hundred nanometers. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2011