南阳科技小结陈鹏：石墨烯量子点的发展与挑战

南阳科技小结陈鹏：石墨烯量子点的发展与挑战

石墨烯是近年来备受关注的一种新型二维碳同素异形体，其独特的sp2碳原子和高度pi共轭结构在催化、传感器、能量转换和存储等方面具有广阔的应用前景，而石墨烯量子点作为0维纳米材料，也具有一些独特的优势。由于量子限制产生的带隙、良好的分散性、更丰富的活性位点（边缘、官能团、掺杂剂等）、生物相容性、更好的化学和物理性质的可调节性以及生物分子的大小，因此GQD被用于能量转换和存储、光电/化学催化等领域，越来越受到人们的关注。已被用于新的应用，灵活的设备，传感器和显示器，生物成像和治疗诊断。

最近，新加坡南洋理工大学陈鹏教授介绍了GQD合成、性能控制、能量转换与存储、催化、传感器以及生物技术中独特应用的最新进展，并展望了该领域当前的挑战和前景。关于石墨烯量子点的进展：从化学、物理到应用，最近发表在著名杂志ADV.Mater上。

以六溴苯/甲苯、柠檬酸、去甲肾上腺素、1，3，6-三硝基甲苯和三磷酸腺苷为原料，采用自底向上法制备了量子点。

（c-d）以量子点为发光体的有机发光二极管（OLED）的物理和电子结构以及偏压为13V的电致发光光谱；

（d）使用红色GQD/石墨烯/BN纳米片作为光电探测器，可以实现从紫外到近红外的广泛光电探测。

GQD作为0D纳米碳材料，具有许多独特的优良性能，可以促进科学和工程的发展，但仍存在一些有待解决的问题和需要克服的挑战。

（1）为了开发GQD研究的路线图，应在该领域内一致地认识到其清晰的定义，并且应认识到具有类似结构的纳米材料的独特性质，此外，由于不同方法制备的GQD在成分、尺寸和形状上的巨大差异，涵盖了非常丰富的化学性质。化学性质和物理性质。

（2）一种类型的量子点的成功应用对于另一种类型的量子点可能是不可行的，因此，迫切需要开发合成具有明确特征的量子点的方法，或准确设计量子点的特征，或区别地分离不同的量子点组，以获得更好、更系统的量子点特征。理解和理解以及更有效的应用。

（3）与碳点、半导体量子点、有机染料等荧光基团相比，GQD的荧光强度和量子产率在成像、显示和荧光传感方面相对较低。

（4）量子点可以看作是一个复杂的巨π共轭分子，其性质受大小、化学基团、掺杂剂、边缘结构、缺陷和形状等多种因素的影响，如果不精确控制量子点的组成和形态，则很难从实验上分离出单个效应，理论研究也很困难。H可以提供重要的指导，目前对这些因素之间的相互作用（如电子供体和电子受体化学基团的共存以及不同杂原子掺杂剂的共存）知之甚少，这些相互作用将带来新的属性和新的应用机会。

（5）虽然观察到了有趣的现象，但是量子点与其他纳米材料之间异质结的形成还没有得到彻底的研究，更多的研究值得期待。

（6）GQD目前已得到广泛应用，但其应用仍在扩大。近年来，GQD已被用作化学合成和转化的近似均相催化剂；GQD已被用于柔性器件；与其他石墨烯材料一样，GQD可用于设计和改善其他功能性纳米材料的性能；可以想象，由于其高分散性和独特的两亲性PGQD可以作为一种新的表面活性剂用于许多领域。

（7）目前，由于GQD的低成本工业规模合成尚未实现，许多应用在实践中都是不可行的，另一方面，如果我们能够解决当前的挑战，并充分利用GQD理想优势的独特组合，则GQD的研究具有很大的潜力。

石墨烯量子点的最新进展：从化学和物理到应用（高级材料，2019，1808283）

通讯作者彭晨教授，新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院教授。他主要研究纳米材料在能源和生物技术领域的应用，在《先进材料》、《自然通讯》、《安格万德化学国际版》、《ACS纳米》、《纳米信件》、《物理评论信》、《化学学会评论》等国际知名期刊上发表学术论文200余篇。他们是英国皇家化学学会的成员，也是世界各地备受推崇的科学家。

陈鹏教授的团队在过去五年的石墨烯量子点（GQD）研究中取得了一系列新的成就，如首次使用GQD特异性荧光标记和细胞膜上受体的动态跟踪（ACS Nano，7:6278-6286，2013）；首次使用糖分子发挥GQD及其相关功能。esponding受体（flatchem，5:25-322017）；第一次使用基于荧光的GQD。细胞状态的光动力学检测（氧化还原状态）（acs nano，2016，10，11475-11482）；第一次开发基于纳米孔限制的GQD的高灵敏度电化学分析平台，用于复杂样品；第一次实现applica。GQD在化学合成催化中的作用（碳，2018，136，224-233），具有均相和非均相催化剂的优点；首次论证了GQD双功能全溶液对水纳米电催化剂形态和性能的调节（纳米能，2018，48，284-291）；首次系统控制提出了GQD带的策略和光催化分子内Z方案的概念（ACS Nano，2018，12，3523-3532），团队还重点研究了其他二维材料形成的量子点，撰写了一篇评论（化学学会评论，2016，45，2239-2262），并在Mxene量子点在光催化中的应用，近年来，陈鹏教授的团队还致力于基于微针贴片的诊断与治疗技术（小方法，2017,11700269；自然传播，2018,94433；先进材料，2017,29:1702243），这已被媒体广泛报道。

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