石墨烯量子点的制备及光催化应用
石墨烯量子点的制备及应用
石墨烯量子点的制备及应用刘玉星;朱明娟【摘要】Graphene quantum dots(GQDs) as a new member of the graphene family,in addition to inheriting the excellent properties of graphene,show a series of new features due to quantum confinement effect and boundary effect,so it has caused the attention ofchemical,physic,material and biological researchers.In this paper,various preparation methods and application of graphene quantum dots were introduced.At last,existing problems in the research of GQDs were pointed out as well as development direction.%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.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】4页(P319-322)【关键词】石墨烯量子点;制备方法;应用;综述【作者】刘玉星;朱明娟【作者单位】新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021;新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021【正文语种】中文【中图分类】TQ201石墨烯量子点( GQDs)是准零维的纳米材料，作为石墨烯家族的最新一员，由于其显著的量子限域效应和边界效应，使其具有良好的化学惰性、生物相容性和较低的生物毒性，可以取代传统在半导体量子点，应用到生物成像、疾病检测、光电器件等领域，且近年来受到了越来越多的科研工作者的广泛关注[1-6]。
N掺杂石墨烯量子点的制备及其光催化降解性能
N掺杂石墨烯量子点的制备及其光催化降解性能李冬辉;樊洁心;王晓敏【摘要】石墨烯量子点(GQDs)作为绿色、经济的新型碳质纳米材料在有机污染物的降解、能源利用方面有着广泛的应用前景.以柠檬酸为碳源,尿素作为氮源,通过水热法制备出尺寸均匀、高荧光的N掺杂石墨烯量子点(N-GQDs).通过X射线衍射、拉曼光谱、透射电子显微镜、荧光光谱、紫外可见吸收光谱等手段对N-GQDs的晶型结构、微观形貌、表面官能团分布和光物理性能进行表征.通过MTT法对N-GQDs的毒性进行检测,又通过对亚甲基蓝(MB)的光催化降解考察样品的光催化性能.结果表明,制备的N-GQDs尺寸均匀、荧光强度高且毒性低.由于N原子的成功掺杂,N-GQDs作为光催化剂在可见光下对MB进行光催化降解比MB的自身降解更快,在短时间内(120 min)降解率可以达到82.5％.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2015(030)006【总页数】5页(P545-549)【关键词】N掺杂石墨烯量子点;荧光特性;光催化降解;微观结构【作者】李冬辉;樊洁心;王晓敏【作者单位】太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TQ127.1+1利用N原子低的介电常数和较宽的能带隙，产生强给电子体特性，促进电子传导，改善稳定性的特点，N掺杂的碳质材料备受电催化领域的广泛关注［1］。
Barman课题组通过自下而上的方法组装了二维的C3N4片应用于汞离子的电化学传感［2］。
Tian等［3］直接用超声波辅助剥落法从g-C3N4溶液中获得超薄g-C3N4纳米片作为低成本和高效的电催化剂来减少H2O2。
近来文献报道，制备的NGQDs不仅保持着石墨烯的性质，同时具备高电催化性和高电导率，预计在可见光区域可以展示出小带隙和较强的吸收峰，能够成为很好的半导体材料［4］。
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点
石墨烯碳量子点是一种新型材料，由于其极小的尺寸、优良的光
电性能以及良好的生物相容性，已经引起了许多研究者的关注。
下面
我们将围绕石墨烯碳量子点，详细介绍它的制备方法、特性以及应用。
一、制备方法
制备石墨烯碳量子点的方法有多种，以下是其中比较常用的两种：
1. 氮化法制备：将淀粉等富含碳的物质通过氮化反应，制备出
含氮化合物。
接着通过高温自燃、芳香化等反应，将含氮化物转化为
含碳化物。
最后通过控制反应条件，将含碳化物还原成石墨烯碳量子点。
2. 水热法制备：将石墨烯氧化物与硫酸等反应得到硫酸化石墨烯，再通过水热反应，使硫酸化石墨烯还原为石墨烯碳量子点。
二、特性
石墨烯碳量子点具有以下特性：
1. 极小的尺寸：石墨烯碳量子点的直径一般在1~10nm之间，因
此具有极高的比表面积。
2. 优良的光电性能：石墨烯碳量子点具有良好的光稳定性、发
光性能以及光吸收性能。
3. 生物相容性好：石墨烯碳量子点不含重金属等有害物质，具
有良好的可生物降解性和生物相容性。
三、应用
石墨烯碳量子点的应用领域非常广泛，以下是其中几个重要的应
用领域：
1. 生物成像：石墨烯碳量子点因其优良的光学性质，被广泛用
于生物标记、细胞成像和组织成像。
2. 纳米电子器件：石墨烯碳量子点因其优良的光电性质，在纳
米电子器件中具有广泛的应用前景。
3. 光电转换：石墨烯碳量子点可以用于太阳能电池、发光二极
管等光电转换领域。
总之，石墨烯碳量子点是一种具有重要应用价值的新型材料，目前的研究还只是冰山一角，未来还有很多应用前景有待发掘。
石墨烯量子点的制备及其光电性能研究
石墨烯量子点的制备及其光电性能研究石墨烯量子点，是一种纳米级别的石墨烯，尺寸一般在10-100纳米之间，具有优异的电子和光学性能。
因此，石墨烯量子点作为一种新型材料，在电子、光子、催化等领域应用潜力巨大。
1. 制备石墨烯量子点的方法目前，制备石墨烯量子点的方法主要包括化学还原、杂化反应和机械剥离法三种。
化学还原法是最常见的制备方法之一。
在这种方法中，氧化石墨烯和还原剂在氢气氛围下反应，制备石墨烯量子点。
不同的还原剂可以获得不同尺寸、形状、表面功能的石墨烯量子点。
杂化反应法是另一种制备石墨烯量子点的方法。
在这种方法中，有机和无机的前体物质通过反应制备石墨烯量子点。
这种方法可以制备高纯度、单分散的石墨烯量子点。
机械剥离法是一种新兴的制备石墨烯量子点方法。
在这种方法中，石墨烯基材被机械力剥离成微小尺寸的石墨烯量子点。
这种方法可以制备出高品质的石墨烯量子点，但是需要耗费较大的能量。
2. 石墨烯量子点的光电性质石墨烯量子点具有多种优秀的光电性质，包括可见光吸收、光致发光、高强度荧光、多色发光和准二维结构等。
这些性质广泛应用于生物成像、LED显示器、荧光探针等领域。
石墨烯量子点的可见光吸收属性优秀，其吸收带随着量子点尺寸的缩小而向更短波长方向移动。
此外，石墨烯量子点的光致发光效应也具有良好的应用前景。
光致发光效应是指在受到激发后，材料能够发出荧光，从而实现物质成像或信息传递。
3. 石墨烯量子点的应用石墨烯量子点具有广泛、迅速地发展应用，其应用领域包括生物成像、荧光标记、LED显示器、光电催化等。
生物成像是石墨烯量子点的重要应用之一。
通过改变石墨烯量子点的尺寸、形状和表面官能团，可以实现对不同生物分子和细胞的检测和成像。
荧光标记是石墨烯量子点在生物和化学领域中的又一应用。
石墨烯量子点作为高度荧光性的材料，可以实现生物样品的精确标记和检测。
LED显示器是石墨烯量子点在光电领域的又一应用，它可以替代传统的荧光粉和有机染料，实现更高的效率、更低的成本和更加稳定的性能。
石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究
石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究【摘要】本文主要探讨了石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究。
首先介绍了石墨烯量子点的制备方法，包括化学还原、机械剥离等技术。
然后详细讨论了石墨烯量子点在生物成像、药物递送、光电器件以及生物传感方面的应用，展示了其在医学领域的潜在应用价值。
最后对石墨烯量子点在生物与发光材料中的应用前景进行了展望，并提出了未来研究方向。
通过本文的研究，可以更好地认识石墨烯量子点在生物与发光材料领域的应用潜力，为该领域的发展提供参考和指导。
【关键词】石墨烯量子点、生物成像、药物递送、光电器件、生物传感、发光材料、应用研究、前景、未来方向、总结。
1. 引言1.1 石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究，是当今材料科学领域的热门话题之一。
石墨烯量子点具有高度的化学稳定性、生物相容性和优异的光学性能，使其在生物医学领域和发光材料领域具有广阔的应用前景。
石墨烯量子点的制备方法多样化，包括静电纺丝法、溶剂热法、光化学法等，通过不同的方法可以调控石墨烯量子点的形貌、尺寸和光学性能，从而满足不同应用领域的需求。
在生物成像中，石墨烯量子点可以作为荧光探针实现细胞和组织的高分辨率成像，为生物医学研究提供重要的工具。
石墨烯量子点还可用于药物递送、光电器件和生物传感等领域。
在药物递送中，石墨烯量子点可以作为载体将药物传递至靶标部位，实现精准的治疗。
在光电器件中，石墨烯量子点可以作为发光层或光敏层，提高器件的性能。
在生物传感中，石墨烯量子点可以通过特定的生物识别元件与靶分子结合，实现对生物样本的快速检测。
2. 正文2.1 石墨烯量子点的制备方法石墨烯量子点的制备方法包括化学气相沉积法、化学还原法、热解法、水热法等多种方法。
化学气相沉积法是一种常用的制备方法，通过在高温下使碳源气体（如甲烷、乙烯等）与金属催化剂（如镍、铜等）发生化学反应，生成石墨烯薄片，再利用化学或物理方法将其剥离成石墨烯量子点。
【课件】石墨烯量子点制备及应用ppt
载流子迁移率，有意的机械柔性和良好的热
学，化学稳定性，这种单层碳原子组成的二
维材料引起了科学家们的广泛关注。
此外，零维量子点这种材料允许通过
尺寸或者形状来控制材料的基本性质，而这
将有助于发展材料的新属性，从而应用于新
设备。
2.石墨烯量子点的制备方法
2.1水热法 2.2溶剂热法 2.3微波辅助法
溶剂热法实验步骤：
(1)GO用DMF(N-N二甲基安酰胺)分散：
GO/DMF=5~50mg/ml
(2)超声：120W，100HZ，30min
(3)反应釜加热：聚四氟乙烯内衬反应
釜，200℃加热8小时。
(4) 棕色悬浮液旋转蒸发制得GQDs
2.2溶剂热法
制得的GQDs横向尺 寸5.3nm，厚度1.2nm， 大多是单层或双层。
特点：金属纳米粒子表面积大，催化性能高，有利于电子迁移。
硼掺杂石墨烯量子点的制备
GO,N2于管式炉 200℃2h，GSs
石英舟底部铺上B2O3，再铺GSs， 于管式炉，Ar，1100℃，4h
冷却，3MNaOH回流2h， 抽滤洗涤，真空干燥得BG
0.05g+30ml浓HNO3+10ml 浓H2SO4，100W超声17h
与N2于管式炉200℃2h， 得热还原BGSs
BG与40%HNO3回流24h， 抽滤洗至中性，真空干燥
超纯水稀释250ml， 0.22um滤膜，干燥
溶于NaOH,调节 pH=8~8.5
将50ml溶液置于反应釜， 200℃反应11.5h
经0.22um滤膜抽滤， 透析12h得到BGQDs
谢谢观赏
3.石墨烯量子点生物成像
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。
基于分子束外延生长的石墨烯量子点制备及其应用研究
基于分子束外延生长的石墨烯量子点制备及
其应用研究
1.前言
石墨烯是一种新兴的二维材料，拥有许多优异的物理和化学特性，已经成为材料科学领域的研究热点。
石墨烯量子点是一种亚微米的零维纳米材料，具有量子尺寸效应，具有很高的应用潜力。
2.石墨烯量子点的制备
石墨烯量子点通常是通过化学方法制备的，但这种方法需要使用有机溶剂和毒性化学品，导致极度危险，不利于环境保护。
因此，人们开始考虑其他方法制备石墨烯量子点。
分子束外延是一种新兴的石墨烯量子点制备方法。
分子束外延技术可以直接在基底上生长被称为量子阱的纳米结构，而石墨烯是一种二维的自组装材料，可以在量子阱上长成石墨烯量子点。
这种方法相比于化学合成法来说，更加环保，不使用有机溶剂和毒性化学品，更加安全。
3.石墨烯量子点的应用
石墨烯量子点具有许多优异的物理和化学特性，因此在能源、电子、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。
在电子器件方面，石墨烯量子点可以作为高效的电致发光器件的光致发光层。
在光学器件方面，石墨烯量子点可以制备高效的太阳能电池，其光电转换效率比普通的太阳能电池更高。
此外，石墨烯量子点还可以作为高效的荧光探针用于生物医学成像和治疗。
4.结论
石墨烯量子点的制备和应用已经成为当前材料科学领域的研究热点之一。
分子束外延技术具有环保、安全等优势，是制备石墨烯量子点的一种优异方法。
石墨烯量子点在电子、光学、生物医学等方面有着广泛的应用前景，将为人们带来更多的科技进步与发展。
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石墨烯量子点的制备及光催化应用
摘要：石墨烯量子点作为新的零维(0D)材料被提出，因其自身量子约束、边缘效应以及环境友好等特点，引起了世界范围内学术界和工业界的广泛关注。
笔者综述了石墨烯量子点(GQDs)不同的制备方法。
GQDs具有良好的水溶性，边界富含含氧官能团等优点。
关键词：石墨烯量子点；氧化劈裂法；水热或溶剂法
石墨烯量子点是一种0D石墨烯材料，其特征是原子薄的石墨化平面(通常为
1层或2层，厚度小于2纳米)，横向尺寸通常小于10纳米。
与其他碳基材料如
富勒烯、石墨烯等相比，由于其特殊的边缘和量子约束效应，GQDs表现出不同的
化学和物理性质，展现了较好的光学特性，打破了石墨烯在光学应用中的零带隙
限制。
荧光性质是GQDs最重要的特征，与传统半导体的量子点相比，GQDs具有
荧光性质稳定、低毒、水溶性好等优点，具有生物相容性的优势。
1 石墨烯量子点制备
1.1氧化劈裂法
氧化劈裂法又称氧化切割，是应用最广泛的一
种切割方法。
SHEN等[1]提出，将微米级的二维氧化石墨烯薄片切成小块加入HNO3中，结果表明，制备的GQDs具有上转换荧光性质。
ZHOU等[2]提出了一种调
节氧化石墨烯横向尺寸的简单、可控的方法。
改法合成的GQDs在重金属离子的
电化学传感方面表现出增强的性能。
在以此基础上，CHUA等[3]以富勒烯为起始原
料制备了非常小的GQDs(2-3 nm)。
产物表现出较强的发光性能，表明GQDs在光
电子和生物标记方面的潜力。
LU等[4]开发了一个简单和肤浅锅GQDs的合成方法。
合成的GQDs具有良好的光稳定性、耐盐性、低毒性和良好的生物相容性。
1.2 水热或溶剂法
水热或溶剂热法是制备GQDs的一种简单、快速的方法。
PAN等[5]首次以氧化
石墨烯为原料，采用水热法制备了粒径分布为5~13nm的GQDs。
TIAN等[6]报道了
一种在二甲基甲酰胺(DMF)环境中应用过氧化氢一步溶剂热法合成GQDs的方法，
该方法在整个制备过程中不引入任何杂质，如图2所示。
这是第一次不用透析法，用双氧水从石墨材料中制备GQDs。
该方法具有成本极低、水溶性好、量子产率高
等优点。
图2溶剂热法制备的GQDs示意图[6]
2 光催化应用
在众多的碳材料中，GQDs因其优异的性能(带隙的0D半导体、较大表面积和
较高电子迁移率)而成为光催化应用的最佳选择。
TENG等[7]研究证明了氧化石墨烯衍生的氧化石墨烯-量子点在可见光照射下
具有可持续的催化整体水裂解的能力。
ZHEN等[8]发现，通过与TiO2形成异质结，可以提高GQDs中电子空穴对的分离效率，从而提高了染料降解的可见光活性
(>420 nm) 被广泛应用于与传统半导体光催化剂耦合。
ZHUO等[9]发现了制备GQDs 的超声路线，实验表明TiO2/GQDs复合体系对甲基蓝的降解比可见光下的纯TiO2
有更高的光催化率。
由此可见，石墨烯量子点在光催化方面前景可观。
3 结语
石墨烯量子点由于其量子限域效应突破了石墨烯无带隙的限制，依赖其优异
的光学性能，GQDs正在成为医学、光学和能源相关领域的重要功能材料。
文中对GQDs的合成制备方法进行综述，然而，与石墨烯相比，GQDs的研究还处于起步
阶段。
1）生产高质量GQDs的合成方法仍是难题。
2）对于GQDs的光致发光机制缺乏理论依据。
参考文献(References)：
[1]SHEN J, ZHU Y, CHEN C. Facile preparation and upconversion lu-minescence of graphene quantum dots[J]. Chemistry Communications, 2011,47:2580-2582.
[2]ZHOU C, JIANG W, VIA BK. Facile synthesis of soluble graphenequantum dots and its improved property in detecting heavy metal ions[J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2014,118:72-76.
[3]CHUA C K, PUMERA, BAKARDJIEVA, et al. Synthesis of Strongly Fl-uorescent Graphene Quantum Dots by Cage-Opening
Buckminsterfullerene[J]. Acs Nano, 2015,9(3):2548-2555.
[4]LU QJ, WU CY, LIU D, et al. A facile and simple method forsy-nthesis of graphene oxide quantum dotsfrom black carbon[J]. Green Chemistry, 2017,19:900–904.
[5]PAN D, ZHANG J, LI Z. Hydrothermal route for cutting graphenesheets into blue-luminescent graphene quantum dots[J]. Advance-dMaterials, 2010,22:734–738.
[6]TIAN R, ZHONG S, WU J, et al. Solvothermal method to preparegraphene quantum dots by hydrogen peroxide[J]. Optical Materials,2016,60:204-208.
[7]Teng H, Teng C Y, Chen S J, et al. Nitrogen-Doped Graphene Oxide Quantum Dots as Photocatalysts for Overall Water-Splittin-g under Visible Light Illumination[J]. Advanced
Materials,2014,26(20):3297-3303.
[8]Zhen, Li, Dengyu, et al. Efficient Separation of Electron-Hole
P-airs in Graphene Quantum Dots by TiO2 Heterojunctions for D-ye Degradation[J]. ACS Sustainable Chemistry &
Engineering,2015,3(10):2405-2413.
[9]Zhuo S, Shao M, Lee S T. Upconversion and Downconversion Fluorescent Graphene Quantum Dots: Ultrasonic Preparation andPhotocatalysis[J]. Acs Nano,2012,6(2):1059-1064.
基金项目：重庆交通大学实验教学改革与研究基金重点项目(No.Syj201703)；大学生创新创业训练计划项目(X202010618077，S202110618005) ；
第一作者：蔡华(1997-)，男，重庆彭水人，硕士，主要从事多孔复合材
料性能研究。