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石墨烯调研报告（石墨烯量子点）

零维的石墨烯量子点(graphemequantumdots,GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，

同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界

效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更

加诱人的应用前景。

GQDs的制备

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10nm左右，厚度只有0.5到1.0nm，表面含有

羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。

GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down

法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，

主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。

水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为

GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VHSO/VHNO=1:3）中超声氧化，再将

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氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示，Pan等采用该方

法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14nm，并发现量子点在紫外区有较

强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，

当激发波长从300到407nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量

子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。

图3.水热法制备GQDs反应机理

Fig.3mechanismforthepreparationofGQDsbyhydrothermalmethod

Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs上。

该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量

子点的光致发光性能。

上海复旦大学石墨烯研究人员采用在分散在水中的氧化石墨烯的悬浮液中加入胺

类钝化剂（氨水(NH3.H2O)、苯胺、聚乙烯亚胺(PEI)、三乙胺((C2H5)3N)、氯化铵(NH3Cl)

或N、N-二甲基甲酰胺(DMF)等），反应的温度控制在150～250℃，反应时间在30min～

12h然后再进行水热钝化处理，即得到具有较高的量子产率的的石墨烯量子点，平均粒

度可达3.45nm。这种方法操作非常简便，反应时间短，对环境友好，所得的量子点量

子产率高，且性质容易通过改变钝化剂的种类来进行调控。

Zhou等采用光照芬顿反应法，在亚铁离子和双氧水同时存在条件下，经紫外灯照

射石墨烯，得到粒径约为40nm，高度约为1.2nm的GQDs。该法操作简单，可通过控

制光照时间来调节GQDs的粒径大小。

Li等采用电化学法，以高氯酸四丁基铵(TPAB)为氮源，石墨烯膜为工作电极,乙腈

为电解液，在±3.0V范围内连续扫循环伏安，溶液颜色由无色变为黄色，蒸干乙腈，

透析并过滤，将固体分散于二次水中，得到氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)。如图4所示，

该法制备的NGQDs在365nm紫外灯下发蓝色荧光，粒径主要分布在2-5nm之间。

图4.NGQDs荧光照片、结构示意图及TEM图像

Fig4fluorescencephotograph、structurediagramandTEMfiguresofNGQDs

Zhang等在碱性条件下电解石墨棒制备GQDs。将石墨棒作为阳极，以铂为对电极，

置于7mL浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，电流强度范围为80-200mAcm-1，得到

的溶液用水合肼溶液处理，得到黄色发光、粒径为5-10nm的GQDs。电化学法制GQDs

的工艺过程可归纳为三个阶段：第一阶段