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氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性，廣義而言，其自身已經可以作為一種傳感材料，在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用，特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009 年, Xia 等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器（MGPD）[2]，如圖9.6，以1-3 層石墨烯作為有源層，Ti/Pd/Au 作源漏電極，Si 作為背柵極并在其上沉淀300nm 厚的SiO2，在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同，能帶會發生彎曲并...

多層氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有機物質的系統性能評價和機理研究。該研究采用逐層組裝法制備了PAH/GO雙層膜，對典型單價離子（Na+，Cl-）和多價離子（SO42-，Mg2+）以及有機染料（亞甲藍MB，羅丹明R-WT）和藥物和個人護理品（三氯生TCS，三氯二苯脲TCC）在反滲透膜系統中通過GO膜的行為進行研究。結果發現，在pH=7時，無論其電荷、尺寸或疏水性質如何，GO膜能夠高效去除多價陽離子/陰離子和有機物，但對于單價離子的去除率較低。傳統的納濾膜通常帶負電，且只能去除帶有負電荷的多價離子和有機物。隨著pH的變化，GO膜的關鍵性質（例如電荷，層間距）發生***變化，導致不同...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π 鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π 鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分...

TO具有光致親水特性，可保證高的水流速率，在沒有外部流體靜壓的情況下，與GO/TO情況相比，通過RGO/TO雜化膜的離子滲透率可降低至0.5%，而使用同位素標記技術測量的水滲透率可保持在原來的60%，如圖8.5（d-g）所示。RGO/TO雜化膜優異的脫鹽性能，表明TO對GO的光致還原作用有助于離子的有效排斥，而在紫外光照射下光誘導TO的親水轉化是保留優異的水滲透性的主要原因。這種復合薄膜制備方法簡單，在水凈化領域具有很好的潛在應用。。GO的摻量對于水泥復合材料的提升效果也有差異。寧波開發氧化石墨利用化學交聯和物理手段調控氧化石墨烯基膜片上的褶皺和片層間的距離是制備石墨烯基納濾膜的主要手段。由于...

氧化石墨烯（GO）的比表面積很大，而厚度只有幾納米，具有兩親性，表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用，易于化學修飾，同時具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外，GO具有獨特的電子結構性能，可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體（染料分子、量子點及上轉換納米材料）的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現，將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體，石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體，以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、7...

所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度（含氧量）、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性，甚至結論相互矛盾 [2-9]。此外，GO可能與毒性測試中的試劑相互作用，從而影響細胞活性試驗數據的有效性，使其產生假陽性結果。如：Macosko與其合作者[10]的研究發現，在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽（MTT）試劑與GO作用，GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中，當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此，基于MTT法試驗未能體現出GO的...

RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎上，研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上，而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原，制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下，***實現了從可見光(532nm)...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合，如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題，即將上述藥物負載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。松散的氧化石墨分散在堿性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子厚度的片段。深圳新型氧化石墨所采用的石墨原...

RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎上，研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上，而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原，制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下，***實現了從可見光(532nm)...

太赫茲技術可用于醫學診斷與成像、反恐安全檢查、通信雷達、射電天文等領域，將對技術創新、國民經濟發展以及**等領域產生深遠的影響。作為極具發展潛力的新技術，2004年，美國**將THz科技評為“改變未來世界的**技術”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱**重點戰略目標”**，舉全國之力進行研發。傳統的寬帶THz波可以通過光整流、光電導天線、激光氣體等離子體等方法產生，窄帶THz波可以通過太赫茲激光器、光學混頻、加速電子、光參量轉換等方法產生。氧化石墨可以用于提高環氧樹脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的導熱性能。制備氧化石墨生產企業當前社會的快速發展造成了嚴重的重金屬離子污染...

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用，其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質，從結構方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要，克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點，也正是這些官能團的存在，使其便于實現功能化修飾，為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。常州第六元素公司可以生產多個型號的氧化石墨。制造氧化石墨...

所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度（含氧量）、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性，甚至結論相互矛盾 [2-9]。此外，GO可能與毒性測試中的試劑相互作用，從而影響細胞活性試驗數據的有效性，使其產生假陽性結果。如：Macosko與其合作者[10]的研究發現，在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽（MTT）試劑與GO作用，GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中，當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此，基于MTT法試驗未能體現出GO的...

在GO還原成RGO的過程中，材料的導電性、禁帶特性和折射率都會發生連續變化，形成獨特而優異的可調諧型新材料。2014年，澳大利亞微光子學中心賈寶華教授領導的科研小組***發現在用激光直寫氧化石墨烯薄膜形成微納米結構的過程中，材料的非線性可以實現激光功率可控的動態調諧。與傳統的非線性材料相比，氧化石墨烯的三階非線性高出了整整1000倍，隨著氧化石墨烯中的氧成分逐漸減少，而非線性也呈現出被動態調諧的豐富變化。不但材料的非線性系數的大小產生改變，其非線性吸收和折射率也發生變化，并且，這種豐富的非線性特性完全可以實現動態操控。松散的氧化石墨分散在堿性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子厚度的片段。呼和浩特...

解決GO在不同介質中的解理和分散等問題是實現GO廣泛應用的重要前提。此外，不同的應用體系往往要不同的功能體現和界面結合等特征，故而要經常對GO表面進行修飾改性。GO本身含有豐富的含氧官能團，也可在GO表面引入其他功能基團，或者利用GO之間和GO與其它物質間的共價鍵或非共價鍵作用進行化學反應接枝其他官能團。由于GO結構的不確定性，以上均屬于一大類復雜的GO化學，導致采用化學方式對GO進行修飾與改性機理復雜化，很難得到結構單一的產品。盡管面臨諸多難以解釋清楚的問題，但是對GO復合材料優異性能的期望使得非常必要總結對GO進行修飾改性的常用方法和技術，同時也是氧化石墨烯相關材料應用能否實現穩定、可控規...

由于GO表面具有較高的親和力，蛋白質可以吸附在GO表面，因此在生物液體中可以通過蛋白質來調節GO與細胞膜的相互作用。如，血液中存在著大量的血清蛋白，可能會潛在的影響GO的毒性。Ge與其合作者[16]利用電子顯微鏡技術就觀察到牛血清蛋白可以降低GO對細胞膜的滲透性，抑制了GO對細胞膜的破壞，同時降低了GO的細胞毒性。基于分子動力學研究分析，他們推斷可能是由于GO-蛋白質之間的作用削弱了GO-磷脂之間的相互作用。與此同時，GO對人血清蛋白的影響也被其他科研工作者所發現，特別是他們觀察到了GO可以抑制人血清蛋白與膽紅素之間的作用。因此，GO與血清蛋白之間是相互影響的。氧化石墨中存在大量親水基團(如羧...

目前醫學界面臨的一個棘手的難題是對大面積骨組織缺損的修復。其中，干細胞***可能是一種很有前途的解決方案，但是在干細胞的移植過程中，需要可促進和增強細胞成活、附著、遷移和分化并有著良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及較低的細胞毒性，可促進成纖維細胞、成骨細胞和間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖和分化[82]，同時GO還可以促進多種干細胞的附著和生長，增強其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨組織再生領域及相關領域研究人員的關注，成為組織工程研究中一種很有潛力的支架材料。GO不僅可以單獨作為干細胞的載體材料，還可...

目前醫學界面臨的一個棘手的難題是對大面積骨組織缺損的修復。其中，干細胞***可能是一種很有前途的解決方案，但是在干細胞的移植過程中，需要可促進和增強細胞成活、附著、遷移和分化并有著良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及較低的細胞毒性，可促進成纖維細胞、成骨細胞和間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖和分化[82]，同時GO還可以促進多種干細胞的附著和生長，增強其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨組織再生領域及相關領域研究人員的關注，成為組織工程研究中一種很有潛力的支架材料。GO不僅可以單獨作為干細胞的載體材料，還可...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（Molecular Initiating Events，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制...

當前社會的快速發展造成了嚴重的重金屬離子污染，重金屬離子毒性大、分布廣、難降解，一旦進入生態環境，嚴重威脅人類的生命健康。目前，含重金屬離子廢水的處理方法主要有化學沉淀法、膜分離法、離子交換法、吸附法等等。而使用納米材料吸附重金屬離子成為當前科研人員的研究熱點。相對活性炭、碳納米管等碳基吸附材料，氧化石墨烯的比表面積更大，表面官能團（如羧基、環氧基、羥基等）更為豐富，具有很好的親水性，可以與金屬離子作用富集分離水相中的金屬離子；同時，氧化石墨烯片層可交聯極性小分子或聚合物制備出氧化石墨烯納米復合材料，吸附特性更加優異。氧化石墨可以通過用強氧化劑來處理石墨來制備。烏蘭察布生產氧化石墨氧化石墨烯/...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π 鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。碳基填料可以提高聚合物的熱導率，但無法像提高導電性那么明...

氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關，還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。碳基填料...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai 課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG 共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的...

氧化石墨烯（GO）的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體，在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現出明顯的π-π*和 n-π*躍遷，而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達到2.3%這...

盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光，但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身，正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知，石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光，同樣的，在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光，如染料分子、共軛聚合物、量子點等，而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率，研究表明，熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。氧化石墨烯（GO）是印刷電子、催化、儲能、分離膜、生物醫學和復合材料的理想材料...

盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光，但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身，正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知，石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光，同樣的，在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光，如染料分子、共軛聚合物、量子點等，而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率，研究表明，熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子。單層氧化石墨銷售所采用...

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（Molecular Initiating Events，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制...