氧化石墨烯的功能化應用.pdf

1、自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯因其完美的二維晶體結構和獨特的理化性質掀起了各學科領域的研究熱潮。氧化石墨烯(GO)作為制備石墨烯的前體，由于引入了大量含氧基團，使其易于修飾和功能化。氧化石墨烯的功能化不但能夠賦予石墨烯新的性質，而且可以進一步拓展石墨烯的應用范圍。通過對氧化石墨烯的剪裁與功能化，可以獲得具有特殊性質的石墨烯量子點(GQDs)。目前，已有很多文獻報道了通過不同的方法合成得到了不同熒光的GQDs，并且可被應用于眾多令人興奮的

2、領域。盡管如此，探索相對簡便有效的合成GQDs的方法仍然是一大挑戰(zhàn)，而且進一步拓展GQDs的應用也是很有必要的。而氮摻雜的石墨烯量子點(N-GQDs)更是最近才出現(xiàn)，盡管它已經(jīng)吸引了廣泛的研究興趣。
　　本文立足于氧化石墨烯的功能化，選擇對石墨烯基衍生物—GQDs和N-GQDs的制備及應用進行研究探索，主要研究工作如下:
　　(1)通過簡單有效的一步水熱法將改進Hummers法制備的氧化石墨烯(GO)剪裁為石墨烯量子點(GQ

3、Ds)，并對其進行了系統(tǒng)的表征和分析。制備的GQDs粒徑均一(約5 nm)，大多數(shù)為單層，并且有著較好的水溶性和熒光性質。GQDs的熒光性質表現(xiàn)為:熒光發(fā)射具有激發(fā)波長依賴性，隨著激發(fā)波長紅移而紅移，并且伴隨著發(fā)射強度逐漸減弱;熒光發(fā)射也具有pH依賴性，在酸性溶液中熒光猝滅，而在堿性溶液熒光增強。另外，在同一pH條件下，GQDs的熒光發(fā)射強度在高濃度的NaCl存在下沒有發(fā)生明顯變化，表明離子強度對GQDs熒光幾乎沒有影響。而基于Fe3+

4、與石墨烯量子點表面的羥基間的配位作用導致GQDs熒光猝滅，可建立一種檢測Fe3+的新方法。
　　(2)以GO為原料，采用氨水作為氮源，通過水熱法成功可控地制備了不同含量氮摻雜的石墨烯量子點(N-GQDs)，并對其進行了系統(tǒng)的表征和分析。制備的N-GQDs尺寸均一（約3 nm），厚度為1-2層，而且易溶于常見溶劑。大多數(shù)N-GQDs由于邊緣自由能最小化，傾向于形成圓形和橢圓形的平衡形狀。而僅僅通過控制氨水（氮源）的濃度，N-GQDs

5、中的N/C原子比可以被精確調控在8.3％到15.8％的范圍。另外，隨著氨水濃度增加，摻雜氮傾向于形成吡咯結構（吡咯氮）和取代石墨烯晶格中的碳原子（取代氮）。N-GQDs與GQDs相比，在沒有表面鈍化的條件下其熒光量子效率顯著提高到了34.5％。但是，N-GQDs中過量的氮摻雜實際上會導致熒光猝滅，通過非輻射躍遷回到基態(tài)。此外，與GQDs一樣，N-GQDs的熒光發(fā)射也具有激發(fā)波長依賴性和對pH的依賴性。負載在銳鈦礦二氧化鈦納米纖維上的N-