论文部分内容阅读
作为石墨烯家族的最新成员,石墨烯量子点(graphene quantum dots, GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外,还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性,吸引了各领域科学家们的广泛关注。本论文首先综述了石墨烯量子点的主要制备方法、表征手段以及潜在应用。在此基础上,针对石墨烯量子点荧光不强的问题,我们通过化学还原的方式有效的提高了石墨烯量子点的光致发光性能；另一方面,石墨烯量子点的应用研究尚处于起步阶段,我们探索了石墨烯量子点在葡萄糖生物传感领域的新应用。主要内容和结论如下：一、首先采用溶剂热法成功制备出了GQDs。通过改进工艺,我们详细地研究了制备GQDs过程中所产生的滤饼(原本作为废料被丢弃)。通过形貌(SEM、TEM和AFM)和结构表征(XPS),滤饼是一种氮掺杂石墨烯材料。其作为电极活性材料展示出了优异的电容特性,在2mol/L氢氧化钾电解液中电流密度为0.5A/g时比电容可达181.3F/g。此外,这种材料还展示出良好的循环稳定性,2000次连续循环后容量仍保持为初始数值的92.5%。因此,氮掺杂石墨烯是一种潜在的超级电容器电极材料。二、提出了通过水合肼还原来增强GQDs荧光的新方法。我们通过简便的水合肼还原方式有效的提高了GQDs的荧光。通过液相水合肼还原,在最佳的比例(肼与GQDs的质量比约为0.6,还原半小时)下,光致发光强度增至原来的两倍多。通过FTIR和XPS对还原前后的GQDs分析,我们发现导致GQDs荧光明显增强的最重要原因是其表面化学结构的改变(共轭修复和形成吡唑环)。三、探索GQDs在葡萄糖检测领域的新应用。我们展示了一种基于GQDs、 GOx和Nafion构建的新型葡萄糖生物传感器。添加GQDs可以很大的提高在铁氰化钾体系中氧化还原电流,从而检测酶促产生的过氧化氢。这项工作展示GQDs作为一种新的电极材料应用在生物传感中的巨大潜力。