发光石墨烯量子点的应用及未来展望
石墨烯量子点 电催化二氧化碳还原-概述说明以及解释
石墨烯量子点电催化二氧化碳还原-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨烯量子点是一种新型的碳基纳米材料，具有优异的电化学性能和光学性质。
电催化二氧化碳还原是一种清洁能源转化技术，可以将二氧化碳转化为有机物或燃料，有望减缓全球变暖和能源危机。
本文将重点介绍石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用，探讨其在提高反应效率和选择性方面的潜力，以期为相关领域研究提供新的思路和方法。
概述部分的内容"1.2 文章结构": {本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将概述石墨烯量子点和电催化二氧化碳还原的背景和意义，介绍本文的目的并概括文章结构。
正文部分将分为三个小节，分别讨论石墨烯量子点的特性、电催化二氧化碳还原的重要性以及石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用。
最后，在结论部分将总结石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的作用，展望未来石墨烯量子点在这一领域的发展，并得出结论。
整个文章结构清晰，层次分明，将全面介绍石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的重要性和应用前景。
"1.3 目的本文旨在探讨石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用以及其在此领域的潜在作用。
通过对石墨烯量子点的特性和电催化二氧化碳还原的重要性进行分析，我们将深入了解石墨烯量子点在这一领域中的作用机制，并探讨其在实际应用中的可行性和发展前景。
通过本文的研究，我们希望为促进石墨烯量子点在电催化二氧化碳还原中的应用提供更多的启发和理论支持，推动其在环境保护和能源转化领域的进一步发展和应用。
2.正文2.1 石墨烯量子点的特性石墨烯量子点是一种新型的碳纳米材料，具有许多独特的物理和化学性质。
其主要特性包括：1. 威胁：石墨烯量子点是一种非常小的材料，其尺寸通常在1-10纳米之间。
这使得石墨烯量子点具有巨大的比表面积，有利于增强其催化活性和电化学性能。
2. 量子效应：由于其小尺寸，石墨烯量子点表现出量子尺寸效应，导致其电子结构和光学性质具有离散化的特点。
石墨烯的应用领域及其未来
石墨烯的应用领域及其未来石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的导热性、导电性和机械强度，因此在科学技术领域引起了广泛关注。
石墨烯的发现和研究被授予了2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的应用领域非常广泛，以下将介绍石墨烯的一些典型应用以及未来可能的发展趋势。
1. 电子学领域石墨烯具有超高导电性能，可以作为高频率电子器件的材料。
石墨烯在电子学领域的应用主要包括晶体管、逻辑电路、射频电子、太阳能电池和传感器等。
石墨烯晶体管性能优异，可以替代硅材料，大幅度提高芯片的运行速度和性能。
石墨烯太阳能电池的光电转换效率也很高，可以直接将太阳能转化为电能。
2. 催化剂领域石墨烯在催化剂领域也有广泛的应用。
石墨烯表面具有丰富的活性位点，可以用于氧还原反应、电化学反应等。
同时，石墨烯也可以用作金属催化剂支撑材料。
石墨烯催化剂具有高的效率和稳定性，可以用于工业化生产。
3. 能源领域石墨烯还可以用于能源领域。
以石墨烯为基础制备的超级电容器比传统电容器的能量密度高出数倍，可以存储更多的电能，用于电动汽车等高能量密度的应用。
除此之外，石墨烯还可以协助制备高效的燃料电池和锂离子电池等。
4. 生物医学领域石墨烯在生物医学领域也有广泛的应用。
石墨烯纳米材料可以用于制备药物的控释系统，延长药物作用时间，提高药物的生物利用度。
同时，石墨烯还可以用于医学成像和治疗，如石墨烯磁共振成像、石墨烯光热治疗等。
未来，石墨烯还有许多不同的应用领域。
一个具有发展潜力的领域是可穿戴技术。
利用石墨烯电子器件的高灵敏度和低功耗，可以制作出更加灵活的穿戴设备，例如柔性传感器，量子点发光二极管等。
与此同时，石墨烯还可以用于制备柔性的电子皮肤，为人体生理参数监测和医学诊断提供更加方便和准确的方式。
总之，石墨烯作为一种新型材料，其应用前景广泛而又不可预估。
虽然目前已有许多石墨烯应用实验，但是还需要大量的工程开发和实践验证，仍有很长的发展路程。
相信在不久的将来，石墨烯的应用领域会越来越广泛，为各行各业的发展带来更多可能性和改变。
石墨烯材料的应用前景和挑战
石墨烯材料的应用前景和挑战石墨烯是一种新兴的纳米材料，是纯碳原子的二维晶格，拥有许多独特的性质。
自从2004年被发现以来，在科学和工业应用领域引起了极大的关注。
石墨烯的应用前景广阔，但其中也存在着一些挑战。
本文将分析石墨烯材料的应用前景和挑战。
一、石墨烯的应用前景石墨烯具有很多优异的物理和化学性质，如极高的电导率、强度、韧性和导热性等。
由于这些特性，石墨烯能够被应用在各种领域。
1. 电子领域石墨烯的最大应用可能就是在电子领域。
石墨烯具有极高的电导率和电子迁移率，可用于制造超薄、高速和低功耗的电子元件。
它可以被用于制造晶体管、振荡器、传感器、太阳能电池等。
另外，石墨烯还可以用于构建高强度、低密度的纳米电线。
2. 生物医学领域石墨烯在生物医学领域也有许多应用。
由于其高表面积和二维结构，它可以被用于制造药物递送系统，如纳米药物递送载体。
同时，石墨烯还具有良好的生物相容性，可以用于紫外线和红外线光疗、组织工程等。
3. 能源领域石墨烯也有着很大的应用前景在能源领域。
石墨烯和其他材料复合，可以用于制造超级电池和超级电容器。
同时，石墨烯还可以作为太阳能电池中的电极材料。
4. 其他领域除了上述领域，石墨烯还可以应用在诸如航天、化学、材料科学等领域。
二、石墨烯的挑战尽管石墨烯具有很多优异的特性，但它的应用仍然面临着一些挑战。
1. 制备技术仍不完善石墨烯的制备技术向来是一个难题。
尽管制备技术不断改进，但仍然存在一些技术上的挑战。
例如，单层石墨烯的生长需要高温和高真空，这很难在大规模生产中进行。
此外，石墨烯制备过程中容易受到杂质和缺陷的影响。
2. 质量和可靠性不稳定石墨烯材料的质量和可靠性不太稳定。
由于制备工艺、工作环境、物理和化学过程等因素的影响，石墨烯的性质可能会发生变化。
这也使得石墨烯在实际应用中面临着一些挑战。
3. 稳定性和可持续性石墨烯的稳定性和可持续性也是石墨烯面临的挑战之一。
石墨烯很容易受到氧化、水解和光降解的影响，在使用过程中容易失去效果。
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石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构材料，具有独特的物理和化学性质。
石墨烯量子点是石墨烯的纳米级别片段，具有优异的光电特性和生物相容性，在生物医学和发光材料领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍石墨烯量子点在生物与发光材料上的应用研究。
石墨烯量子点具有优异的荧光特性，可作为生物成像探针。
石墨烯量子点具有较高的量子产率和较长的荧光寿命，在低浓度下即可达到高亮度的荧光信号。
这使得石墨烯量子点在生物体内的成像具有较高的分辨率和较低的背景干扰。
石墨烯量子点还具有较宽的激发波长范围和可调的发射波长，可用于多模态成像，如荧光成像和二光子成像等。
石墨烯量子点具有较好的生物相容性，在生物学样品中不会引起细胞毒性和光损伤，因此可以安全地应用于体内或体外的生物成像研究中。
石墨烯量子点可以用于药物传递和治疗。
石墨烯量子点具有大的比表面积和丰富的官能团，可以有效地吸附和包埋药物分子。
其良好的生物相容性和低光毒性使得石墨烯量子点在体内的应用具有潜力。
石墨烯量子点还可以通过改变表面功能化基团来调控药物的释放速率和靶向性。
通过修饰石墨烯量子点表面的靶向分子，可以实现药物的靶向传递，提高治疗效果并减少副作用。
石墨烯量子点还可以用作发光材料。
石墨烯量子点具有宽带隙和可调的发光特性，可以通过改变其尺寸和结构来调控发光波长和发射强度。
石墨烯量子点具有较高的稳定性和较长的激发寿命，可用于发光二极管和激光器等器件的制备。
石墨烯量子点的独特光电特性还可以用于光电转换和光催化反应等领域的研究。
石墨烯量子点在生物和发光材料上具有广泛的应用潜力。
未来的研究工作应进一步探索石墨烯量子点的合成方法和表面修饰策略，提高其光电性能和生物相容性，推动其在生物医学和发光材料领域的应用。
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石墨烯量子点是由石墨烯片层通过化学、物理方法获得的纳米材料，具有优异的光电性能和化学稳定性，在生物和发光材料方面具有广泛的应用潜力。
本文将重点介绍石墨烯量子点在生物和发光材料上的应用研究。
石墨烯量子点在生物领域中的研究主要集中在生物成像、生物探针以及药物传输等方面。
石墨烯量子点由于其优异的光学性质，成为生物成像技术的热门材料之一。
石墨烯量子点具有较窄的发射带宽，红外可见光区域高吸光度，强烈的荧光信号和优异的光稳定性，提供了优良的成像性能。
石墨烯量子点还可以通过合成控制其荧光发射波长，从而实现多种颜色的荧光成像。
石墨烯量子点还具有较小的体积和良好的生物相容性，可以在体内进行细胞和组织成像。
石墨烯量子点还可以作为生物探针用于检测生物分子和细胞。
石墨烯量子点通过表面功能化，可以选择性地与靶分子或细胞结合，实现高灵敏度的检测。
石墨烯量子点可以通过修饰特定的功能基团，用于检测生物大分子如蛋白质、核酸等。
石墨烯量子点还可以通过调控其表面的化学环境，实现对细胞内离子浓度、酸碱度等的检测。
这些检测手段对于生物医药研究和临床诊断具有重要意义。
石墨烯量子点还可以应用于药物传输和治疗。
石墨烯量子点可以通过改变其表面性质和结构，实现对药物的包装和传递。
石墨烯量子点还可以通过光热效应和荧光响应等机制，实现肿瘤的光热治疗和药物释放。
这些应用为石墨烯量子点在肿瘤治疗和药物传输方面提供了新的途径和思路。
除了生物领域，石墨烯量子点还在发光材料方面展现出了巨大潜力。
石墨烯量子点具有优异的荧光性能，可以作为发光材料应用在LED、荧光显示、激光器等领域中。
石墨烯量子点通过调整其粒子大小和表面官能团，实现了对发光波长的调控，并具有良好的发光性能和色纯度。
这些特性使得石墨烯量子点成为发光领域中的一种重要的新材料。
石墨烯材料在光电器件中的应用研究
石墨烯材料在光电器件中的应用研究随着科技的发展，新型材料被不断地研发出来并被应用在各个领域。
石墨烯材料作为一种新型材料，在科学界引起了极大的关注。
石墨烯材料的绝热性、导电性和透明度使其成为光电器件领域的一个重要材料。
石墨烯材料在光电器件中的应用研究已成为一个热点话题，本文将介绍石墨烯材料在光电器件中的应用现状及其未来的发展趋势。
一、石墨烯材料的基本概念首先，我们来了解一下石墨烯材料的基本概念。
石墨烯通常被定义为由一层碳原子所组成的二维纳米晶体，由于其特殊的结构及物理性质使其在科学研究领域吸引了广泛的关注。
石墨烯材料具有很高的光吸收系数、宽带电导率、极高的载流子迁移率等特点，这些特性使得石墨烯在光电器件领域中拥有广阔的应用前景。
二、石墨烯材料在太阳能电池领域的应用研究太阳能电池是一种将太阳能转化成电能的设备，而石墨烯材料在太阳能电池领域的应用研究也越来越受到重视。
一项研究表明，将石墨烯可以应用在太阳能电池中的各个方面，得以提高太阳能电池的效率和稳定性。
例如，石墨烯可以应用于太阳能电池的透明导电层、电极等方面，可以大幅提高太阳能电池的电荷传输效率和光吸收效率，同时还可以增强太阳能电池器件的稳定性和寿命。
三、石墨烯材料在显示器领域的应用研究显示器是人们日常生活中用到的设备，而石墨烯材料也可以应用在显示器领域。
一项研究表明，石墨烯在显示器领域可以作为一种非常有效的透明电极，在各种显示器设备中都有很大的应用前景。
例如，在 OLED 显示器中，可以通过石墨烯制成的透明电极大幅提高显示器的透光率和稳定性，进一步提高显示器的显示效果和使用寿命。
四、石墨烯材料在光电探测器领域的应用研究光电探测器是一种将光信号转化为电信号的设备，而石墨烯材料在光电探测器领域的应用研究也有着非常广泛的前景。
一项研究表明，石墨烯可以在光电探测器中作为一种非常有效的光电传感器，可以大幅提高光电探测器的灵敏度和响应速度。
同时，利用石墨烯可以制备光电探测器各种元件，越来越多的研究表明，石墨烯在光电探测器领域应用的前景非常广阔，未来一定会有更多的新型设备采用石墨烯材料来实现更加高效的光电转化。
石墨烯量子点
石墨烯量子点是准零维的纳米材料，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著，具有许多独特的性质。
这或将为电子学、光电学和电磁学领域带来革命性的变化。
应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等方面。
石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用。
能实现单分子传感器，也可能催生超小型晶体管或是利用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等。
大小不同的量子点结构,其中大的量子点也被称为单电子晶体管(SET),被用作探测器读出旁边小量子点内的电荷状态。
单电子晶体管多栅极调控的石墨烯串联双量子点器件,通过低温输运,双点的耦合强度可以从弱到强的调节。
从而引起遂穿耦合能变化,表明这种高度可控的系统非常有望成为将来无核自旋的量子信息器件。
科学家还测量了栅极调控的双层石墨烯并联双量子点,通过背栅和侧栅电极的调控可以将并联双点调节到不同的耦合区间.从双点耦合的蜂窝图抽取出了相关的耦合电容、耦合能等参数的高灵敏度,清楚地探测到量子点内的库仑阻塞信号和激发态能谱,甚至传统输运测量不到的微弱库仑充电信号也能被探测到。
石墨烯量子点（GQD）为基础的材料，可能会使OLED显示器和太阳能电池的生产成本更低。
新的GQD不使用任何有毒金属（如：镉、铅等）。
使用GQD为基础的材料，可能使未来OLED面板更轻、更灵活、成本更低。
在生物医药领域，石墨烯量子点极具应用前景。
在生物成像方面，在理论和实验上都已证实,量子限制效应和边效应可诱导石墨烯量子点发出荧光。
在生物医学研究领域中，常用荧光标记来标定研究对象，却会因为过长的激发时间使得荧光失效被称为光漂白(photo bleaching)使得一般荧光剂在生物医学上的应用受到限制。
石墨烯量子点拥有稳定的荧光光源，石墨烯量子点在制作时产生的缺陷，当氮原子在石墨烯量子点生产中占据原先碳原子的位置后又脱离，使其位置有一氮空缺(NitrogenVacancy, NV)，而该缺陷在接受可见光激发后就会发出荧光。
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。
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发光石墨烯量子点的应用及未来展望摘要作为石墨烯家族的最新成员，石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外，还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性，吸引了各领域科学家们的广泛关注。
在这篇论文中，我们主要综述了石墨烯量子点的制备方法以及潜在应用，此外还说明了石墨烯量子点的发光机制以及对于其的展望。
关键词：石墨烯量子点，发光材料，应用1引言碳是地球上储量最丰富的元素之一，一次又一次得带给我们各种明星材料。
1985年,克罗托、科尔和斯莫利三位科学家发现了富勒稀(C60)。
1996年获得诺贝尔化学奖,这是零维碳材料的首次出现。
而1991年碳纳米管的发现则成了一维碳材料的代表。
1947年就开始了石墨烯的理论研究,用来描述碳基材料的性质,迄今有60多年历史。
直到2004年,Novoselov和Geim (英国曼彻斯特大学教授)利用微机械剥离法使用胶带剥离石墨片,首次制得了目前最薄的二维碳材料—石墨稀,仅有一个原子厚度,2010年他们获得了诺贝尔物理奖,从此石墨稀成了物理学和材料学的热门研究对象。
石墨烯量子点(GQDs)，一种新型的量子点，当GQDs尺寸小于100 nm时，就会拥有很强的量子限制效应和边缘效应,当尺寸减小到l0nm时,这两个效应就更加显著,会产生很多有趣的现象，这也引发了广大科学家的研究兴趣。
GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。
GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。
GQDs的合成方法不同,尺寸和含氧量不同,使紫外可见吸收峰位置不同。
不同的合成方法使GQDs的光致发光性质不同,光致发光依赖于尺寸、激发波长、pH以及溶剂等。
有些GQDs还表现了明显的上转换发光特性,GQDs不仅拥有光致发光性质还有优越的电致化学发光性能。
2合成方法GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。
自上而下方法是通过物理或化学将大尺寸的石墨烯片“裁剪”成小尺寸的石墨烯量子点的方法。
主要包括纳米刻蚀法、水热法、电化学法、溶剂热法、化学剥离碳纤维法、微波辅助法等。
这类方法步骤相对简单、产率较高，也是目前应用最多的一类方法。
自下而上的方法则是以小分子为前体通过一系列溶液化学反应合成得到石墨烯量子点，这类方法可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸精确控制，但步骤繁琐而且操作过程复杂。
2.1自上而下法合成GQDs在酸氧化石墨稀后,其碳晶格上出现一列环氧基团,这些缺陷在水热条件下很容易破裂,形成细小颗粒的GQDs, Pan等[1]人用水热法将石墨烯片切为GQDs,展示了蓝色光致发光。
先将GO热还原为还原石墨稀片,再用硫酸与硝酸的混酸氧化,超声。
氧化的石墨炼片在200℃热切除,便可以得到平均粒径为9.6 nm表面带有含氧基团的GQDs。
Zhu等[2]利用微波辅助法制备电化学发光的双色GQDs,酸氧化环氧基易于形成基是石墨炼易碎,形成青黄色发光量子点(gGQDs),平均粒径为4.5 nm,大多为单层或者双层。
在用硼氢化钠还原gGQDs,便可以得到相同粒径和高度的蓝色发光GQDs(bGQDs),微波辅助过程在还原GO的同时也剪切了GO,简化了合成过程,还缩短了反应时间。
Zhang等[3]在碱性条件下电解石墨棒制备GQDs。
将石墨棒作为阳极,以铀为对电极,置于7 mL浓度为0.1 mo 1/L的氢氧化钠溶液中,电流强度范围为80-200 mA cm人得到的溶液用水合胼溶液处理,得到黄色发光、粒径为5-10 nm的GQDs。
室温还原条件是此方法的关键。
2.2自下而上法合成GQDsTang等[4]以葡萄糖为起始材料通过微波辅助水热法制备GQDs,葡萄糖分子首先脱水,通过C=C键形成GQD核,随着加热时间的增加GQD逐渐生长。
水热条件下,新形成的C=C键有序排列,有助于GQDs晶体的生长,GQDs的粒径可以通过控制微波辅助加热时间来控制。
Dong等[5]人将梓檬酸在加热条件下分子之间脱水形成苯环,随着加热时间的变化苯环逐渐增长,通过控制加热时间形成GQDs 和GO。
3 发光机理利用不同方法制备的GQDs会发出不同颜色的光，如蓝光、绿光、红光等。
对于GQDs的发光机理目前还不是很明确，仍然需要大量实验去验证。
代表性的机制是共轭π结构的量子尺寸效应，表面态和边缘态，碳核态和分子态。
3.1共轭π结构的量子尺寸效应对于共轭的π结构要从氧化石墨烯(GO)的结构说起，GO 是具有2-3 nm 的sp2碳结构分散在sp3碳骨架中。
因此GO的荧光性质是由sp2碳结构的π电子的状态决定的。
sp2区域的π到π*的电子能级受sp3基底骨架的σ和σ*态影响，电子空穴对的辐射复合能够引起荧光现象。
从超快光谱的分析来看，GO 中存在不连续的量子陷域的石墨烯电子态和外围无定型碳的电子态，电荷分离机理是真正的发光机理。
对于部分石墨烯量子点来说，这种共轭π 结构的量子尺寸效应是存在的。
3.2表面态和边缘态碳材料的发光受表面态和边缘态控制的比较多，原因是这类材料边缘结构比较特殊或在制备过程中通常会在边缘引入极性基团，且这些边缘结构或连接的化学基团对发光有着较大的影响。
3.3碳核态和分子态分子态的出现是伴随着一类发光碳材料的出现而出现的。
这类发光碳材料的发光中心具有不同的分子形式，可以理解为在碳颗粒或聚合物颗粒上键连着分子发色团。
因此，发光碳材料中碳核发光，分子态发光以及碳核/分子态共同控制发光的结构大量出现，进一步完善了碳材料的发光机理的解释。
4石墨烯量子点的应用凭借GQDs优越的荧光、生理稳定性、pH敏感性、上转换发光等特性，以及生物相容性好、毒性低等，GQDs及其衍生物已经表现了诱人的应用前景。
同时，在合成大小可控的，可裁剪的化学结构，以及强荧光GQDs的发展方面十分迅速，进一步加快了GQDs的应用。
目前为止，GQDs已经应用在生物成像、光电器件、光催化、生物传感器等领域。
4.1生物成像由于其在生理条件下优异的溶解性，以及具有非常小的尺寸从而可以入侵处理过的细胞，这些特性使GQDs成为最具前景的生物成像材料。
Zhu等[6]人探索了绿色荧光的GQDs在生物成像方面的应用。
他们将MC3T3细胞在GQDs溶液(10μg GQDs/150μL培养基)中培养12小时后，在共聚焦荧光显微镜下进行生物成像实验。
在405 nm下激发，细胞内观察到了明亮的绿色荧光。
这表明GQDs可以成功进入细胞膜内，从而可以用作高效的生物成像探针。
他们通过MTT可行性实验发现，在非常高浓度的GQDs的(高达400μg GQDs/104个细胞培养基)下没有明显减弱MG-63细胞的活性。
Zhang等[7]将合成的黄色荧光石墨烯量子点不经任何修饰直接用于干细胞标记。
以神经球细胞、胰腺祖细胞和心脏祖细胞三种不同的干细胞为例,分别与石墨烯量子点孵育后于焚光共聚焦显微镜下观察,在石墨烯量子点的黄色焚光下,三种干细胞的形貌均能明显被观察到。
4.2光电器件由于具有优异的光电性质，石墨烯量子点可望用于制备低廉、上转换发光及高性能的光伏器件。
Gupta等[8]报道了将石墨烯量子点与规整的聚(3-己基噻吩)或聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4苯撑乙烯)聚合物混合之后得到的物质与石墨烯纳米片和共轭聚合物的混合物相比能明显地提高太阳能电池或有机发光二极管的效率。
石墨烯量子点是以石墨烯纳米片为原料通过水热法制备并且用苯胺或亚甲基蓝功能化。
循环伏安法测得石墨烯量子点的LUMO和HOMO分别为-3.55和-5.38 eV，并且LUMO的位置在聚(3-己基噻吩)和Al 之间，说明量子点适合用于太阳能电池。
亚甲基蓝功能化的石墨烯量子点分散在聚合物聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4苯撑乙烯)中，提供了较多的电传输路径，增强了电荷注入效率，因此增加了载流子密度。
Yan等[9]也报道了石墨烯量子点具有较高的光吸收，并且在可见和近红外区也有吸收。
通过计算石墨烯量子点能级水平发现在光激发下电子可能从量子点注入宽带隙TiO2然后从碘离子接受一个电子实现再生。
因此，石墨烯量子点可以取代金属有机染料作为光敏剂制造出价廉、高效的量子点敏化太阳能电池。
石墨烯量子点还具有上转换发光性质，可用于光电化学电池。
4.3生物传感器基于单链DNA和石墨烯材料之间的强相互作用，Zhao等[10]制备了基于GQDs 修饰热解石墨电极耦合特定序列单链DNA分子为探针的电化学生物传感器。
由于石墨烯材料优异的导电性，所制备的修饰电极表现出很好的电化学响应。
然而，当探针分子通过碱基和石墨烯之间强烈的静电引力结合到修饰电极的表面后，单链DNA探针会抑制电化学活性种[Fe(CN)6]3-/4-和修饰电极之间的电子转移。
然而，当溶液中存在目标分子如互补的单链DNA或靶蛋白时，目标分子将替代石墨烯与探针DNA分子相结合。
其结果是使[Fe(CN)6]3-/4-峰电流将增加，从而可以很容易地开发各种电化学生物传感器。
Zhuo等[11]合成了金红石相TiO2/GQD以及锐钛矿相TiO2/GQD复合光催化剂，旨在利用GQDs的上转换发光特性更好得利用太阳光，以提高光催化性能。
他们利用Xe灯辐照甲基橙，通过甲基橙的降解率来确定光催化剂的性能。
结果发现，在60分钟内，金红石相TiO2/GQD的降解率高达97%，而锐钛矿相TiO2/GQD的降解率只有31%。
这是因为，在可见光的辐照下，GQDs的上转换发光峰位于407nm（3.05eV），这高于金红石相TiO2的带隙宽度3.0eV，而小于锐钛矿相TiO2的带隙宽度 3.2eV。
因此，金红石相TiO2/GQD比锐钛矿相TiO2/GQD的光催化性能好。
5展望目前，对于GQDs的发光机制仍不明确。
由于利用不同方法制备的GQDs有着不同的发光机制，如尺寸、形态、表面结构以及边缘态等，对于GQDs发光机制的解释也是这几种机制或者是几种机制的组合。
因此，我们亟需弄清GQDs的发光机制，以更好得利用GQDs。
当前使用的合成GQDs的方法所得到的GQDs的产量是比较低的（小于10%），因此，寻找新的方法合成GQDs便成为重中之重。
光助-芬顿反应的产率达到45%，是溶剂热法产量的30倍，由此，也许我们可以通过利用生物降解或者酶催化来提高GQDs的产量。
此外，GQDs均一的尺寸、形态，可以发出多种颜色的光和高的量子产率，使其在生物成像、传感器以及光电器件等领域都有巨大的应用前景。
GQDs的新的性质如磁性，也会带来新的应用。
[1]Pan D Y, Zhang J C, Li Z, et al. Adv. Mater., 2010, 22(6): 734-738.[2]Mei Q S, Jiang C L, Guan G J, et al. Chem. Commun., 2012,48(60):7468-7470.[3]Zhang M, Bai L L, Shang W H, et al. J. Mater. Chem., 2012, 22(15):7461-7467.[4]Tang L B, Ji R B, Cao X K, et al. ACS Nano, 2012,6(6); 5102-5110.[5]Dong Y Q, Shao J W, Chen C Q, et al. Carbon, 2012, 50(12): 4738-4743.[6]Zhu S, Zhang J, Qiao C, et a1. mun.，201l, 47(24):6858-6860．[7]Zhang M, Bai L, Shang W, et al. J. Mater. Chem., 2012, 22, 7461-7467.[8]Gupta V, Chaudhary N, Srivastava R, et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 9960-9963.[9]Yan X, Cui X, Li B S, et al. Nano Lett.,2010, 10, 1869-1873.[10]Z hao J, Chen G, Zhu L, et a1. mun., 2011,13(1):31-33.[11]S Zhuo, M Shao, S T Lee. ACS Nano, 2012, 6, 1059-1064.The application and future perspective of luminescent graphene quantum dotsZhang Chao SA14168133AbstractAs the newest member of the family of graphene, graphene quantum dots (GQDs) not only has excellent properties of the graphene, but also its obvious quantum confined effect and size effect and show a series of new features because of this. And has attracted extensive concerns of scientists in various fields. In this paper, the synthetic methods and potential applications of graphene quantum dots has been summarized, and also explains the luminescence mechanism of graphene quantum dots and its future prespective.Keywords:graphene quantum dots, luminescent material, application。