1.什么是石墨烯量子點(diǎn)？

   量子點(diǎn)（QuantumDot）是由有限數(shù)目的原子構(gòu)成，屬于準(zhǔn)零維材料，即在三個(gè)維度上尺寸均呈現(xiàn)納米級(jí)別。外觀恰似球形物或者類球形，其內(nèi)部電子在各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)均會(huì)受到限制，因此量子限域效應(yīng)非常明顯。

   顧名思義，石墨烯量子點(diǎn)(Graphene Quantum Dots)一般是橫向尺寸在100nm以下，縱向尺寸可以在幾個(gè)納米以下，具有一層、兩層或者幾層的石墨烯結(jié)構(gòu)，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性來(lái)源于石墨烯以及碳點(diǎn)，表現(xiàn)出生物低毒性、優(yōu)異的水溶性、化學(xué)惰性、穩(wěn)定的光致發(fā)光、良好的表面修飾。

2.怎么制備石墨烯量子點(diǎn)？

   石墨烯量子點(diǎn)的合成可以看做是對(duì)碳納米晶體合成方法的延伸和補(bǔ)充，仍舊分為：自上而下和自下而上的制備。

   自上而下的方法是指通過(guò)物理或化學(xué)方法將大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水熱法、電化學(xué)法和化學(xué)剝離碳纖維法等；

  

自下而上的制備法則是指以小分子作前驅(qū)體通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)制備GQDs，主要是溶液化學(xué)法、超聲波和微波法等。

3. 石墨烯量子點(diǎn)發(fā)光機(jī)理

 

   一提起量子點(diǎn)很多人腦中想到的都是美美的彩虹畫面，即熒光，熒光是種光致冷發(fā)光的現(xiàn)象，當(dāng)某種常溫物質(zhì)經(jīng)某種波長(zhǎng)的入射光 (通常是紫外線或 x-ray) 照射，吸收光能后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，且立即退激發(fā)并發(fā)出出射光，而熒光可在吸光激發(fā)后約 10^-8秒內(nèi)發(fā)光，其能量小于吸光的能量。通常，若是把材料制成量子點(diǎn)大小，則電子容易受到激發(fā)而改變能階，與電洞（空穴）結(jié)合后就會(huì)放出光。

   石墨烯量子點(diǎn)由于邊緣效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，可表現(xiàn)出獨(dú)特的光化學(xué)特質(zhì)。石墨烯除了具有碳量子點(diǎn)所具有的優(yōu)點(diǎn)外，其熒光具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴性。當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)從 310 nm 變成 380 nm 時(shí)，熒光發(fā)射峰位置的相應(yīng)從 450 nm 移至 510 nm，光致發(fā)光強(qiáng)度迅速降低。

   一般而言，氧化石墨烯表現(xiàn)出寬譜的紅光發(fā)射，取決于其含有的含氧官能團(tuán)，而氧化石墨烯被還原之后由于含氧官能團(tuán)減少以及結(jié)構(gòu)的改變，主要呈現(xiàn)藍(lán)光（第一性原理模擬推測(cè)其由碳空位缺陷引發(fā)）。修飾類石墨烯具有相似的規(guī)律，發(fā)光光譜主要由兩部分組成：藍(lán)光發(fā)光峰位（不移動(dòng)）、長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光（峰位移動(dòng)），相對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)修飾的石墨烯，其長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光顯著增強(qiáng)。由于嫁接的官能團(tuán)能夠提供新的激發(fā)躍遷過(guò)程，并且增強(qiáng)原本很弱的 sp2 碳原子簇尺寸效應(yīng)的激發(fā)過(guò)程，使得相應(yīng)的發(fā)光過(guò)程得到增強(qiáng)。比如，目前報(bào)道比較多的B、N、P、S摻雜等。

 

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