文 献 综 述

1.概述

石墨烯是一种具有六角晶格结构的二维单层石墨薄片。它的一个最重要的性质就是其载荷子性能可以和无质量粒子以及迪拉克费米子媲美。石墨烯已经被证明是一种原子价和导带部分重叠的零隙二维半金属，当其载荷子的浓度达到10¹³cm^-2以上时石墨烯会表现出一种强大的双极电场。此外，石墨烯固有的机械性能以及光学性能都为其在不同领域的应用提供了保障。碳系家族中的二维材料石墨烯被认为是最基本的单元，另外三种不同维度的碳材料都可以有石墨烯构建转变而成，比如：零维”足球烯”可以经过二维石墨烯包裹而成，一维碳纳米管能从二维石墨烯卷曲得到，三维石墨是二维石墨烯进过堆积而成。（如图1.1所示）

图1.1 二维石墨烯单元转变成不同维度碳材料的过程

A、石墨烯（2D）；B、富勒烯（0D）；C、碳纳米管（1D）；D、石墨（3D）

自2004年石墨炼被发现以后，凭借其与众不同的物理和化学性质，石墨烯迅速发展成为材料界的新秀。由于石墨烯稳定的晶格结构导致碳原子具有优秀的导电性能，从而使石墨烯具有良好的电学特性和电子传输能力。载荷子相对论在石墨烯材料中也得到了充分体现，石墨烯能够吸收接近2.3%的可见光，不透明度非常之高。而且，石墨烯的强度也是目前人们认识到的强度最大的材料，不仅比钻石坚硬，相比与质量最好的钢铁，其强度也要高出100倍^[1]。除此之外，石墨烯的表面类似于石墨，因此它具有较高的比表面积（单层石墨烯理论值为2630 m²#183;g^-1），可以吸附和脱附各种原子以及分子。石墨烯的优异性能为其在生物、化学以及材料科学领域的实际应用奠定了坚实的基础。

自从2004年石墨烯发现以来，其独特的电学、光学以及结构性质在分析、生物成像、催化和光电器件领域的应用就备受关注。与此同时零维量子点这种迷人的材料可以通过调节其尺寸以及对其进行表面功能化来调节材料的基本性质，这将有助于发展材料的新性能为它们在新领域的应用做出巨大贡献。因此，作为石墨烯家族的后起之秀，石墨烯量子点（GQDs）带着它独特的物理化学特性闯入了人们的视野。首先，尺寸在10 nm以下，外观极似一点的零维石墨烯量子点由于具有更明显的量子限域效应^[2]和更强的边缘效应^[3]，比一维的石墨烯纳米带（GNRs）和二维的石墨烯纳米片（GNSs）更得到人们青睐。其次，相较于传统的量子点（QDs）以及有机染料，荧光碳点（C-dots）和石墨烯量子点（GQDs）具有一些更诱人的性质，例如良好的生物相容性，低毒性，强水溶性，高荧光稳定性等^[4-7]。所以在诸多方面如光学及电学器件^[8]、传感器^[9]、发光二极管^[10]、生物医药^[11]等，GQDs都有着更加诱人的应用前景。

2 GQDs制备

当前，GQDs引起了各领域科学家极大的探索热情。制备尺寸可调的GQDs的方法通常分为两大类^[12]：自上而下和自下而上的方法。自上而下的方法是用特殊手段把大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，这类方法主要有氧等离子体处理、电化学氧化和化学消融等方法，它们的共同点都是利用化学方法对石墨烯片迸行切割得到GQDs；自下而上的方法则是合成含有一定数量共轭碳原子部分石墨烯片即GQDs，例如有机前驱体热解法、溶液化学法和微波水热法等。利用以上方法制备得到的GQDs富含接基，这些官能团可以作为GQDs的表面钝化层进而改善GQDs的化学性能。以下是对GQDs主要制备方法的介绍：

2.1氧等离子体处理