中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯量子點（GQDs）是指石墨烯片層尺寸在100nm以內(nèi) ，片層層數(shù)在10層以下的一種新興碳質(zhì)熒光材料。通常來講，石墨烯量子點包含了石墨烯量子點、氧化石墨烯量子點、部分還原的氧化石墨烯量子點的一大類結(jié)構(gòu)類似性能相同的碳質(zhì)熒光材料及其衍生物的總稱。
石墨烯量子點結(jié)構(gòu)圖
石墨烯量子點的性能
石墨烯量子點的紫外吸收性能
由于石墨烯量子點中的C=C雙鍵結(jié)構(gòu)，能夠發(fā)生π-π躍遷，因此它能夠在短波長范圍內(nèi)大量吸收光子。通常來說，會在紫外吸收譜260-320nm范圍內(nèi)顯示出較強的吸收峰，并伴隨延伸至可見光范圍的拖尾。同時，由于n-π躍遷的影響，石墨烯量子點還有可能在270-390nm范圍內(nèi)出現(xiàn)肩峰。并且，由于表面修飾官能團和表面鈍化的影響，紫外吸收峰的位置和峰形均會受到影響。
石墨烯量子點的光致發(fā)光性能
石墨烯量子點的發(fā)光性能是其最重要的性能，也是被研究人員研究最廣泛和最貼近實際應用的性能。相比于球狀的碳量子點來說，片層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯量子點具有更加規(guī)整的晶狀結(jié)構(gòu)，因而會有更高的熒光量子產(chǎn)率。
石墨烯量子點的合成
石墨烯量子點的制備有自上而下和自下而上兩種方法。
自上而下合成
自上而下的方法是指經(jīng)過物理或化學方法將大尺寸的物質(zhì)刻蝕成納米尺寸的石墨烯量子點，有溶劑熱法、電化學和化學剝離等制備路徑。
溶劑熱法是制備石墨烯量子點中許多方法中的一種方法，其工藝可以分三步：首先將氧化石墨烯在真空狀態(tài)下通過高溫還原成石墨烯納米片；在濃硫酸和濃硝酸中氧化并切割石墨烯納米片；最后將氧化后的石墨烯納米片在溶劑熱環(huán)境下還原并形成石墨烯量子點。
電化學法制備石墨烯量子點工藝的工藝過程可總結(jié)為三個階段：第一階段是石墨即將剝落形成石墨烯的誘導期，電解液的顏色開始從無色到黃色再到暗棕色的變化過程；第二階段是陽極的石墨發(fā)生明顯膨脹；第三階段是石墨片已經(jīng)從陽極剝落，與電解液一起形成黑色的溶液。在第二和第三階段中發(fā)現(xiàn)燒杯底部有沉淀物體。電化學反應中有水與離子液體中陰離子的相互作用，因此產(chǎn)物的形狀和尺寸分布可以通過改變水和離子液體的比例來調(diào)節(jié)。離子濃度大的電解液比濃度小的電解液制備出的量子點的尺寸大。
化學剝離碳纖維法則是將碳源經(jīng)過化學反應而層層剝離制得石墨烯量子點。Peng等以樹脂基碳纖維作為碳源，再將在纖維中堆垛的石墨經(jīng)過酸處理進行剝離。只需一步就能得到的石墨烯量子點，然而它們的粒徑不均一。
自下而上合成
自下而上的措施則是指以較小的構(gòu)造單元作為前體經(jīng)過一系列互相作用力制備成石墨烯量子點，主要有溶液化學法、超聲波和微波法等制備路徑。
溶液化學法主要是通過芳基氧化縮合的溶液相化學方法制備石墨烯量子點。合成過程是用小分子（3-碘-4溴苯胺或其他苯衍生物）聚合物逐漸縮合反應制備得到聚苯樹突狀前驅(qū)體，再通過氧化反應制備得到石墨烯基，最后再經(jīng)刻蝕制備得到石墨烯量子點。
微波法則采用糖類（如葡萄糖、果糖等）為碳源，原因在于糖類脫水后能形成C=C從而能構(gòu)成石墨烯量子點的基本骨架單元。羥基、羧基中的氫和氧元素會在水熱環(huán)境中脫水除去，而剩余的官能團則仍然結(jié)和在石墨烯量子點的表面，它們作為“鈍化層”而存在，這樣可以使石墨烯量子點具有很好的水溶性和熒光性質(zhì)。
GQDs的實際應用
石墨烯量子點在生物、醫(yī)藥、新型半導體器件等范疇具備重要潛在應用。能實現(xiàn)單分子傳感器，也可能催生超小型晶體管或是使用半導體激光器所進行的芯片上通訊用來制作化學傳感器、太陽能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級電路等等。
在生物傳感器中的應用
Zhao等研發(fā)了一種新型通用信號傳導設(shè)備，就是利用石墨烯與石墨烯量子點之間的發(fā)光能量共振轉(zhuǎn)移導致熒光淬滅來靈敏地檢測人免疫球蛋白G(HIgG)。
在生物成像技術(shù)中的應用
石墨烯量子點在生物醫(yī)藥運用的研究，是基于大量報道是關(guān)于因石墨烯具有大的比表面積故可以用作生物傳感器。而石墨烯量子點不僅具有穩(wěn)定光致發(fā)光、生物毒性低和好的生物相容性等性質(zhì)，使其能成為很好的生物成像探針。
2019年6月4日-5日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇·蘇州福朋喜來登酒店舉行“2019第二屆低維碳納米材料制備及應用技術(shù)高峰論壇”，來自西南大學的郭鳴明教授將為大家?guī)怼妒┝孔狱c：過去、現(xiàn)在、將來；合成、表征、應用》的報告。
郭鳴明簡介：
郭鳴明，男，1957年3月出生。中石化北京化工研究院高級專家/院首席專家。國家“****”特聘專家，高分子領(lǐng)域的國際知名專家，曾在復旦大學、德國漢堡大學、美國紐約大學和美國阿克隆大學多個國際著名的高校和研究機構(gòu)學習或任職，在相關(guān)領(lǐng)域的國際期刊及會議上發(fā)表數(shù)百篇論文，領(lǐng)導完成過60多個工業(yè)項目，在行業(yè)內(nèi)具有較大的學術(shù)影響力。
參考文獻：
陳姣，石墨烯量子點的制備及其生物應用
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