石墨烯量子点简介
石墨烯量子点的生物学应用
石墨烯量子点的生物学应用吴慧俊【摘要】石墨烯量子点是石墨烯家族的衍生物，石墨烯量子点除了具有石墨烯的优良性能，还具有量子限制效应和边界效应所产生的一系列新的特性，因此吸引了各领域科学家的广泛关注。
石墨烯量子点这类新颖材料的研究在这两三年内，无论是实验还是理论方面均取得了极大进展。
石墨烯量子点生物相容性好，能够光致发光，具有光电特性，可用于生物成像和生物传感器。
作者着重探索石墨烯多样的生物学应用，并从石墨烯量子点的发展、特性、制备方法、修饰、生物学应用、生物安全性等方面进行综述。
%The graphene and its derivative graphene oxide have attracted remarkable attention of scientists due to their extraordinary optical and electronic properties and biocompatibility. Re-cently, the study of graphene quantum dots (GQDs) has made great progress in theory and practice. Because of strong quantum confinement, excellent edge effects and biocompatibility, GQDs are help-ful for bioimaging and biosensors. In this review, the various biological application of GQDs is intro-duced deeply in this article. The article mainly describes in sequence of development, character, synthesis, biological application and biological toxicity of GQDs.【期刊名称】《转化医学杂志》【年(卷),期】2017(006)001【总页数】4页(P47-50)【关键词】石墨烯量子点;生物学应用;量子尺寸效应;制备方法;生物安全性【作者】吴慧俊【作者单位】200092 上海，同济大学生命科学与技术学院【正文语种】中文【中图分类】O59石墨烯及其衍生物氧化石墨烯受到了全世界科学家越来越多的关注。
石墨烯量子点的边界效应
石墨烯量子点的边界效应
石墨烯量子点在应用中普遍存在边界效应。
石墨烯量子点的表面原子数相对较小，而表面上的原子是化学反应和物理性质的重要参与者。
边缘或表面的缺陷可以影响它们的电子能级结构和光学性质。
例如，在石墨烯量子点的边缘或缺陷处，电荷密度可能会发生改变，从而改变了电子能级结构，同时这些区域对催化和吸附也有着极高的活性。
石墨烯量子点在能量转化、量子点荧光等方面具有巨大的应用潜力，而边界效应则可以在这些应用中发挥关键作用。
碳点和碳量子点有什么区别
碳点和碳量子点有什么区别
碳点（CDs）定义：是指尺寸小于20纳米的具有荧光性质的碳颗粒。
化学结构：可以是sp2和sp3的杂化碳结构，具有单层或多层石墨结构，也可以是聚合物类的聚集颗粒。
种类：包括石墨烯量子点，碳纳米点和聚合物点。
三大类碳点材料的外在区别与内在联系1）石墨烯量子点（GQDs）
概述：石墨烯量子点是指具有单层或小于5层石墨烯的碳核结构，以及边缘键连的化学基团。
石墨烯量子点的尺寸具有典型的各向异性，横向尺寸大于纵向的高度，其具有典型的碳晶格结构。
起源：石墨烯量子点最开始是物理学家用来研究石墨烯的光电带隙的一类材料，通常需要用电子束刻蚀大片的石墨烯得到。
2）碳纳米点（CNDs）
概述：碳纳米点通常是球状结构，可以分为晶格明显的碳纳米点和无晶格的碳纳米点。
由于碳纳米点结构的多样性，不同方式制备的碳纳米点发光中心和发光机理存在较大的不同。
分类：可以分为晶格明显的碳量子点和有/无晶格的碳纳米点。
晶格明显的碳量子点：具有明显的量子尺寸依赖性，随着尺寸由小变大，其最佳荧光发射峰红移。
无晶格的碳纳米点：不具有量子尺寸效应，换句话说，其发光中心不完全受碳核控制，表面基团对发光有着不可忽略的影响
3）聚合物点（PDs）
概述：聚合物点通常是从非共轭聚合物通过脱水或部分碳化形成的交联柔性聚集体，不存在碳晶格结构。
聚合物点是碳点延伸出来的一类材料。
碳量子点定义：碳量子点与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。
它在包括改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。
石墨烯量子磺酸化-概述说明以及解释
石墨烯量子磺酸化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶格结构材料，具有独特的物理和化学性质。
它具有极高的导电性、热导性和机械强度，同时还具有优异的光学特性和化学稳定性。
这些独特的性质使得石墨烯在各个领域的应用潜力巨大。
量子磺酸化是一种在石墨烯材料上引入磺酸基团的化学修饰方法。
通过磺酸化处理，可以改变石墨烯的表面性质和化学反应活性，进而拓宽其应用领域。
石墨烯量子磺酸化使得石墨烯具有更好的溶解性和可加工性，同时在能源储存、催化剂、光电器件等方面展现出了巨大的潜力。
本文的目的是对石墨烯量子磺酸化的方法和应用进行综述和探讨。
通过对相关文献和实验结果的分析，我们将介绍石墨烯的基本特性和结构，解释量子磺酸化的概念和原理，并详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法和技术。
同时，我们还将总结石墨烯量子磺酸化的重要性及其在各个领域中的应用，并展望未来的研究方向。
通过对石墨烯量子磺酸化的深入了解，我们可以更好地认识到这一领域的重要性和潜力。
未来的研究和开发工作将进一步推动石墨烯量子磺酸化的应用和技术的发展，为材料科学和纳米技术领域的发展做出更大的贡献。
本文的研究对于促进石墨烯量子磺酸化的研究和应用具有重要的参考价值，并将为相关科研人员提供思路和启示。
1.2文章结构文章结构的目的是为了给读者提供一个清晰的内容框架，使他们在阅读过程中能够更好地理解文章的主题和内容。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们会对石墨烯量子磺酸化进行一个整体概述，介绍石墨烯和量子磺酸化的基本概念，并明确文章的目的和意义。
接下来，在正文部分，将会分为三个小节展开讲述。
首先，我们会对石墨烯进行详细的介绍，包括其结构、性质及应用领域等方面的内容。
其次，我们会解释量子磺酸化的概念，并探讨其在材料科学中的重要性和实际应用。
最后，我们会详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法，包括化学合成、物理改性等方面的内容。
最后，在结论部分，我们将对石墨烯量子磺酸化的重要性进行总结，并展望未来的研究方向。
石墨烯基电极材料
石墨烯基电极材料
石墨烯基电极材料是一种以石墨烯为主要成分的电极材料，石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化形式构成的二维碳材料，具有优异的电学、力学、热学和化学性能。
石墨烯基电极材料在能源、电子、环境等领域有着广泛的应用。
石墨烯基电极材料的主要类型有以下五种。
1.石墨烯粉末电极：石墨烯粉末具有良好的导电性和较大的比表面积，可以作为电极材料应用于超级电容器、锂离子电池等电化学储能设备。
2.石墨烯薄膜电极：石墨烯薄膜具有较高的机械强度和良好的柔韧性，可以用于制造柔性电极，适用于可穿戴电子设备和柔性电池。
3.石墨烯纳米带电极：石墨烯纳米带具有确定的维度和优异的电子传输性能，可以用于制造高性能的电化学传感器和晶体管。
4.石墨烯量子点电极：石墨烯量子点具有较小的尺寸和独特的量子效应，可以用于制造高性能的光电子器件和生物传感器。
5.石墨烯复合电极：石墨烯与其他材料（如金属氧化物、导电聚合物等）复合，可以制备出具有优异性能的复合电极材料，应用于超级电容器、锂离子电池等。
石墨烯基电极材料在能源领域具有广泛的应用前景，如超级电容器、锂离子电池、燃料电池等电化学储能设备，可以提高能源转换和存储的效率，减少能源消耗和环境污染。
此外，石墨烯基电极材料还具有较高的机械强度和良好的柔韧性，可以用于制造可穿戴电子设备和柔性电池，满足不断增长的智能化、便携化和柔性化需求。
石墨烯量子点的制备
石墨烯量子点的制备石墨烯量子点的制备方法主要分为物理法和化学法两种。
物理法是通过物理手段如机械剥离、离子注入等制备石墨烯量子点。
化学法则是以石墨烯为原料，通过化学反应将石墨烯切割成量子点。
在物理法制备石墨烯量子点方面，机械剥离法是最常用的方法之一。
该方法是将石墨烯片材粘贴在聚合物薄膜上，然后将其浸泡在溶液中，通过反复剥离和清洗，最终得到分散的石墨烯量子点。
但是，机械剥离法的产量较低，不适应大规模生产。
化学法制备石墨烯量子点主要包括两种方法：有机合成法和无机合成法。
有机合成法是以有机物为原料，通过加热、加压等手段合成石墨烯量子点。
而无机合成法则是以无机物为原料，通过高温、高压等手段制备石墨烯量子点。
在实验过程中，我们发现石墨烯量子点的生长机制主要是基于分子扩散和表面能原理。
在制备过程中，石墨烯量子点的结构特点受到制备温度、反应时间等因素的影响。
同时，石墨烯量子点的性质也与它的尺寸密切相关。
通过对实验结果的分析，我们发现制备石墨烯量子点的关键在于控制制备温度和反应时间，以获得尺寸均一、分散性好的量子点。
此外，石墨烯量子点的应用研究也正在广泛开展，例如在太阳能电池、生物医学成像和传感器等领域的应用。
总之，石墨烯量子点的制备方法及其研究进展在能源、生物医学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
未来，我们需要进一步探索制备高质量石墨烯量子点的优化工艺，为实现其在实际应用中的广泛应用奠定基础。
针对石墨烯量子点的性质和功能展开深入研究，以便更好地发掘和发挥其潜力，促进相关领域的发展和创新。
关键词：石墨烯量子点，制备，传感，成像摘要：石墨烯量子点是一种新型的材料，具有优异的物理化学性能，在传感和成像领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及在传感和成像领域的应用研究进展。
引言：石墨烯量子点是一种由单层碳原子组成的零维材料，具有优异的电学、光学和化学性能，在光电子、能源、生物医学等领域备受。
近年来，石墨烯量子点在传感和成像领域的应用研究取得了一系列重要的进展，成为了一种新型的纳米生物传感器和成像剂。
材料科学中的二维材料与量子点材料
材料科学中的二维材料与量子点材料材料科学是一门涉及物质性质及其构造与组织的科学。
随着科技的不断发展，各种新型材料不断涌现。
其中，二维材料和量子点材料成为了研究热点，因其特殊的性质，在电子、光电子等领域得到广泛应用。
二维材料是指在一维和三维之间的材料，具有极薄的厚度，但在表面上完整，具有特殊的电子、光电子性质。
这类材料的代表是石墨烯。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的材料，具有高强度、高导电性、高光透性和高热导性等特殊性质，被誉为“材料之王”。
其在电子器件、光电子器件、传感器等方面应用广泛，被认为是未来发展的重要方向。
除了石墨烯，还有二维过渡金属硫化物材料。
这种材料也是由单层原子构成的，但其具有较高的阻隔性和化学反应活性，广泛应用于催化、电池、传感器等方面。
此外，二维硫磷化物、二维氧化物、二维氮化物等也成为了研究热点。
量子点材料是指直径在1-10纳米范围内的半导体纳米晶体，具有显著的量子力学效应和小尺寸效应。
由于其小尺寸所具有的电子、光学、磁学等特殊性质，被广泛应用于太阳能电池、LED荧光材料、激光器等器件中。
量子点材料的种类也较多，常见的有二氧化硅量子点、碳量子点、氧化铟量子点等。
与传统的半导体相比，量子点材料具有更大的表面积，更高的光学和电学能量转移效率，更宽的波长调谐范围等优点。
但也存在着材料缺陷、制备难度较大、提纯成本高等问题。
随着技术的进步，这些问题逐渐得到解决，量子点材料的应用前景也变得更广泛。
总的来说，二维材料和量子点材料的研究不仅扩展了我们对材料世界的认识，更为我们的科技发展带来了重大的推动作用。
在未来，这些材料依然会持续受到关注和研究，成为科技创新和发展的重要方向。
n-掺杂石墨烯量子点的制备及荧光成像研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎ－ｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ（Ｎ－ＧＱＤｓ）ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｍｅｔｈｏｄｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｎｉｔｒｉｃａｃｉｄｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ（ＧＱＤｓ） ａｓｃａｒｂｏｎｓｏｕｒｃｅａｎｄｍｅｌａｍｉｎｅａｓｎｉｔｒｏｇｅｎｓｏｕｒｃｅ．Ｉｔｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ｃｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙａｎｄｃｅｌｌｉｍａｇｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＮ－ＧＱＤｓｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ ｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆ３．５ｎｍ．Ｕｎｄｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈａ３６５ｎｍ ＵＶｌａｍｐ，Ｎ－ＧＱＤｓｓｈｏｗｓｂｌｕｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ， ａｎｄｉｔｓｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄｉｓ１５．８％，ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＧＱＤｓ（０．８％）．ＴｈｅＮ－ＧＱＤｓｈａｓｎｏｏｂｖｉｏｕｓｔｏｘｉｃｉｔｙｔｏＵ２５１ ｇｌｉｏｍａｃｅｌｌｓａｓｉｔｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１２０μｇ／ｍＬ，ａｎｄｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｍａｇｉｎｇｏｆＵ２５１ｃｅｌｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ；ｍｅｌａｍｉｎｅ；Ｎ－ｄｏｐｅｄ；ｃｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｍａｇｉｎｇ
近年来，ＧＱＤｓ因其优异的光化学特性、良好的生物相容性 引起了人们的广泛关注［１－２］。如何进一步提高 ＧＱＤｓ的量子产 率及拓展其应 用 领 域 是 目 前 研 究 的 热 点 问 题。 杂 原 子 掺 杂 ［３］ 是调节 ＧＱＤｓ荧光性质，提高量子产率的有效方法，其中有关 Ｎ －ＧＱＤｓ的研究最为广泛［４－５］。Ｎ－ＧＱＤｓ作为一种新型荧光纳 米材料，在细胞成像、药物传输、生物传感等领域具有广阔的应 用前景。
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石墨烯量子点简介
1、石墨烯量子点定义
量子点（QuantumDot）是由有限数目的原子构成，属于准零维材料，即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。
外观恰似球形物或者类球形，其内部电子在各个方向的运动均会受到限制，因此量子限域效应非常明显。
石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几个纳米以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。
它的特性来源于石墨烯以及碳点，表现出生物低毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰。
2、石墨烯量子点制备
石墨烯量子点的合成可以看做是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充，仍旧分为：自上而下和自下而上的制备。
自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等；
自下而上的制备法则是指以小分子作前驱体通过一系列化学反应制备GQDs，主要是溶液化学法、超声波和微波法等。
3、石墨烯量子点发光机理
荧光是种光致冷发光的现象，当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或x-ray)照射，吸收光能后进入激发态，且立即退激发并发出出射光，而荧光可在吸光激发后约10^-8秒内发光，其能量小于吸光的能量。
通常，若是把材料制成量子点大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与电洞（空穴）结合后就会放出光。
石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应，可表现出独特的光化学特质。
石墨烯除了具有碳量子点所具有的优点外，其荧光具有激发波长依赖性。
当激发波长从310nm 变成380nm时，荧光发射峰位置的相应从450nm移至510nm，光致发光强度迅速降低。
氧化石墨烯表现出宽谱的红光发射，取决于其含有的含氧官能团，而氧化石墨烯被还原之后由于含氧官能团减少以及结构的改变，主要呈现蓝光（第一性原理模拟推测其由碳空位缺陷引发）。
修饰类石墨烯具有相似的规律，发光光谱主要由两部分组成：蓝光发光峰位（不移动）、长波长发光（峰位移动），相对于没有经过修饰的石墨烯，其长波长发光显著增强。
由于嫁接的官能团能够提供新的激发跃迁过程，并且增强原本很弱的sp2碳原子簇尺寸效应的激发过程，使得相应的发光过程得到增强。
比如，目前报道比较多的B、N、P、S掺杂等。