氧化石墨烯的功能化應(yīng)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(jié)構(gòu)和獨(dú)特的理化性質(zhì)掀起了各學(xué)科領(lǐng)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(tuán)，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(zhì)，而且可以進(jìn)一步拓展石墨烯的應(yīng)用范圍。通過對(duì)氧化石墨烯的剪裁與功能化，可以獲得具有特殊性質(zhì)的石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)。目前，已有很多文獻(xiàn)報(bào)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(yīng)用于眾多令人興奮的

2、領(lǐng)域。盡管如此，探索相對(duì)簡(jiǎn)便有效的合成GQDs的方法仍然是一大挑戰(zhàn)，而且進(jìn)一步拓展GQDs的應(yīng)用也是很有必要的。而氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)(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(duì)石墨烯基衍生物—GQDs和N-GQDs的制備及應(yīng)用進(jìn)行研究探索，主要研究工作如下:
　　(1)通過簡(jiǎn)單有效的一步水熱法將改進(jìn)Hummers法制備的氧化石墨烯(GO)剪裁為石墨烯量子點(diǎn)(GQ

3、Ds)，并對(duì)其進(jìn)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(zhì)。GQDs的熒光性質(zhì)表現(xiàn)為:熒光發(fā)射具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴性，隨著激發(fā)波長(zhǎng)紅移而紅移，并且伴隨著發(fā)射強(qiáng)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(qiáng)。另外，在同一pH條件下，GQDs的熒光發(fā)射強(qiáng)度在高濃度的NaCl存在下沒有發(fā)生明顯變化，表明離子強(qiáng)度對(duì)GQDs熒光幾乎沒有影響。而基于Fe3+

4、與石墨烯量子點(diǎn)表面的羥基間的配位作用導(dǎo)致GQDs熒光猝滅，可建立一種檢測(cè)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(diǎn)(N-GQDs)，并對(duì)其進(jìn)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(diào)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(jié)構(gòu)（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(shí)際上會(huì)導(dǎo)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(zhǎng)依賴性和對(duì)pH的依賴性。負(fù)載在銳鈦礦二氧化鈦納米纖維上的N-