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摘 要

作为石墨烯家族的最新成员，近些年，石墨烯量子点因其特殊的性能而受到越来越多的关注，如大的比表面积、优异的机械灵活性、较高的载流子迁移率、优异的热/化学稳定性以及对环境友好的特征等。因它的低毒性、化学惰性、生物相容性、PL 和UCPL等特性，石墨烯量子点在生物成像、传感器、药物运输、疾病检测、光电器件以及催化剂等各个领域的研究应用渐渐成为热点。

本文主要研究一种制备石墨烯量子点的方法，以柠檬酸为原材料制备石墨烯量子点，并对其进行分离纯化，同时对制备出来的石墨烯量子点进行结构、形貌以及荧光性能的表征。

关键词：石墨烯量子点 柠檬酸 水热法

Abstract

As the latest one of graphene family，recently，graphene quantum dots because of the unique performance by the increasing attention. Such as large specific surface area，high carrier mobility，excellent mechanical flexibility，good thermal / chemical Stability and environmentally friendly features. For good chemicalinertness, biocompatibility, low toxicity, PL and UCPL. GQDs has become a hot in various applied research fields, such as biological imaging, disease detection, drug delivery, the photovoltaic device, raman enhancement, catalysts, sensors.

This paper studies a new graphene quantum dot method，select citric acid as raw material to synthesize.The resulting graphene quantum dot separation and purification. At the same time it was prepared to characterize graphene quantum dot structure, morphology and fluorescence properties were.

Key words:Graphene quantum dots；Synthesis；Characterization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 石墨烯量子点简介 1

1.2 石墨烯量子点的应用 1

1.3 石墨烯量子点的制备 2

1.3.1 电化学法 2

1.3.2 水热还原法 3

1.3.3 化学剥离碳纤维法 3

1.3.4 溶液化学法 4

1.3.5 微波或超声波辅助化学法 4

1.3.6 可控热解多环芳烃法 4

1.3.7 其他方法 5

第二章 实验部分 6

2.1实验原理 6

2.2实验材料 6

2.3 实验仪器 7

2.4实验方法及步骤 7

2.4.1石墨烯量子点的合成 7

2.4.2石墨烯量子点的分离纯化 7

2.5 产物表征 8

第三章 实验结果与讨论 10

3.1紫外吸收光谱 10

3.2荧光光谱 10

3.3红外光谱（FTIR） 12

第四章 结论与展望 13

参考文献 14

致 谢 17

第一章 文献综述

1.1 石墨烯量子点简介

石墨烯具有碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构, 只有单层原子的厚度,可以翘曲成零维的富勒烯,卷成一维的碳纳米管或堆垛成三维的石墨^[1-2]。因其独特的物理性能和在纳米技术的应用前景而备受关注。目前已有文献报道，石墨烯作为一种炭材料广泛应用于晶体管^[3]、生物传感^[4]、电池^[5]、储氢材料、药物传递^[6]、生物探针与传感^[7]。

作为一位石墨烯家族的成员，石墨烯量子点（GQDs）除了具有石墨烯的优异性能，也具有石墨烯所没有的独特性能^[8]，如高的载流子迁移速率、机械灵活性高以及热/良好的化学稳定性等，石墨烯量子点因此饱受关注。石墨烯量子点有着独特的光学性质，比如具有可调的荧光发射光谱、高荧光量子产率、窄而对称的荧光发射光谱、宽且连续的吸收光谱以及极好的光学稳定性质。在不同的发射尺寸下，石墨烯量子点具有不同的发射波长。由于石墨烯的吸收光谱具有宽而连续的特征，所以激发一系列波长不同的荧光量子点只要使用一个激发光源就可以了。因为石墨烯量子点具有良好的光学稳定性，所以在组织成像等方面有很好的应用。不同于二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带，尺寸在10 nm以下的零维的石墨烯量子点表现出更好的“边缘效应”^[9]特征以及“量子限制效应”^[10-11]。因而在许多领域如生物医药、太阳能光电器件、传感器和发光二极管^[12]等，石墨烯量子点的应用前景更佳优异。

1.2 石墨烯量子点的应用

凭借其优越的荧光、生理稳定性、pH敏感性、上转换发光以及生物相容性、毒性低等特性，石墨烯量子点及其衍生物己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，以及强荧光石墨烯量子点的发展方面十分迅速，进一步加快了石墨烯量子点的应用。目前为止，石墨烯量子点己经应用在生物成像、光电器件、光催化、生物传感器、燃料电池、重金属离子检测等领域。

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入侵处理过的细胞，这些特性使石墨烯量子点成为最具前景的生物成像材料。Zhu等^[13]探索了绿色荧光的石墨烯量子点在生物成像方面的应用。

最近，Zhao等^[14]报道了一种简便的超声路线制备上转换发射的制备的石墨烯量子点。所制备的石墨烯量子点的展示出激发独立的下转换和上转换的光致发光特性。此外，复合的光催化剂旨在利用太阳光的可见光谱。

基于单链DNA和石墨烯材料之间的强相互作用，Li等^[15]制备了基于石墨烯量子点修饰热解石墨电极藕合特定序列单链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，从而可以很容易地开发各种电化学生物传感器。

1.3 石墨烯量子点的制备

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