南陽科技小結(jié)陳鵬：石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

南陽科技小結(jié)陳鵬：石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

石墨烯是近年來備受關(guān)注的一種新型二維碳同素異形體，其獨(dú)特的sp2碳原子和高度pi共軛結(jié)構(gòu)在催化、傳感器、能量轉(zhuǎn)換和存儲等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，而石墨烯量子點(diǎn)作為0維納米材料，也具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢。由于量子限制產(chǎn)生的帶隙、良好的分散性、更豐富的活性位點(diǎn)（邊緣、官能團(tuán)、摻雜劑等）、生物相容性、更好的化學(xué)和物理性質(zhì)的可調(diào)節(jié)性以及生物分子的大小，因此GQD被用于能量轉(zhuǎn)換和存儲、光電/化學(xué)催化等領(lǐng)域，越來越受到人們的關(guān)注。已被用于新的應(yīng)用，靈活的設(shè)備，傳感器和顯示器，生物成像和治療診斷。

最近，新加坡南洋理工大學(xué)陳鵬教授介紹了GQD合成、性能控制、能量轉(zhuǎn)換與存儲、催化、傳感器以及生物技術(shù)中獨(dú)特應(yīng)用的最新進(jìn)展，并展望了該領(lǐng)域當(dāng)前的挑戰(zhàn)和前景。關(guān)于石墨烯量子點(diǎn)的進(jìn)展：從化學(xué)、物理到應(yīng)用，最近發(fā)表在著名雜志ADV.Mater上。

以六溴苯/甲苯、檸檬酸、去甲腎上腺素、1，3，6-三硝基甲苯和三磷酸腺苷為原料，采用自底向上法制備了量子點(diǎn)。

（c-d）以量子點(diǎn)為發(fā)光體的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的物理和電子結(jié)構(gòu)以及偏壓為13V的電致發(fā)光光譜；

（d）使用紅色GQD/石墨烯/BN納米片作為光電探測器，可以實(shí)現(xiàn)從紫外到近紅外的廣泛光電探測。

GQD作為0D納米碳材料，具有許多獨(dú)特的優(yōu)良性能，可以促進(jìn)科學(xué)和工程的發(fā)展，但仍存在一些有待解決的問題和需要克服的挑戰(zhàn)。

（1）為了開發(fā)GQD研究的路線圖，應(yīng)在該領(lǐng)域內(nèi)一致地認(rèn)識到其清晰的定義，并且應(yīng)認(rèn)識到具有類似結(jié)構(gòu)的納米材料的獨(dú)特性質(zhì)，此外，由于不同方法制備的GQD在成分、尺寸和形狀上的巨大差異，涵蓋了非常豐富的化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。

（2）一種類型的量子點(diǎn)的成功應(yīng)用對于另一種類型的量子點(diǎn)可能是不可行的，因此，迫切需要開發(fā)合成具有明確特征的量子點(diǎn)的方法，或準(zhǔn)確設(shè)計(jì)量子點(diǎn)的特征，或區(qū)別地分離不同的量子點(diǎn)組，以獲得更好、更系統(tǒng)的量子點(diǎn)特征。理解和理解以及更有效的應(yīng)用。

（3）與碳點(diǎn)、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、有機(jī)染料等熒光基團(tuán)相比，GQD的熒光強(qiáng)度和量子產(chǎn)率在成像、顯示和熒光傳感方面相對較低。

（4）量子點(diǎn)可以看作是一個(gè)復(fù)雜的巨π共軛分子，其性質(zhì)受大小、化學(xué)基團(tuán)、摻雜劑、邊緣結(jié)構(gòu)、缺陷和形狀等多種因素的影響，如果不精確控制量子點(diǎn)的組成和形態(tài)，則很難從實(shí)驗(yàn)上分離出單個(gè)效應(yīng)，理論研究也很困難。H可以提供重要的指導(dǎo)，目前對這些因素之間的相互作用（如電子供體和電子受體化學(xué)基團(tuán)的共存以及不同雜原子摻雜劑的共存）知之甚少，這些相互作用將帶來新的屬性和新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

（5）雖然觀察到了有趣的現(xiàn)象，但是量子點(diǎn)與其他納米材料之間異質(zhì)結(jié)的形成還沒有得到徹底的研究，更多的研究值得期待。

（6）GQD目前已得到廣泛應(yīng)用，但其應(yīng)用仍在擴(kuò)大。近年來，GQD已被用作化學(xué)合成和轉(zhuǎn)化的近似均相催化劑；GQD已被用于柔性器件；與其他石墨烯材料一樣，GQD可用于設(shè)計(jì)和改善其他功能性納米材料的性能；可以想象，由于其高分散性和獨(dú)特的兩親性PGQD可以作為一種新的表面活性劑用于許多領(lǐng)域。

（7）目前，由于GQD的低成本工業(yè)規(guī)模合成尚未實(shí)現(xiàn)，許多應(yīng)用在實(shí)踐中都是不可行的，另一方面，如果我們能夠解決當(dāng)前的挑戰(zhàn)，并充分利用GQD理想優(yōu)勢的獨(dú)特組合，則GQD的研究具有很大的潛力。

石墨烯量子點(diǎn)的最新進(jìn)展：從化學(xué)和物理到應(yīng)用（高級材料，2019，1808283）

通訊作者彭晨教授，新加坡南洋理工大學(xué)化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授。他主要研究納米材料在能源和生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，在《先進(jìn)材料》、《自然通訊》、《安格萬德化學(xué)國際版》、《ACS納米》、《納米信件》、《物理評論信》、《化學(xué)學(xué)會(huì)評論》等國際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。他們是英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的成員，也是世界各地備受推崇的科學(xué)家。

陳鵬教授的團(tuán)隊(duì)在過去五年的石墨烯量子點(diǎn)（GQD）研究中取得了一系列新的成就，如首次使用GQD特異性熒光標(biāo)記和細(xì)胞膜上受體的動(dòng)態(tài)跟蹤（ACS Nano，7:6278-6286，2013）；首次使用糖分子發(fā)揮GQD及其相關(guān)功能。esponding受體（flatchem，5:25-322017）；第一次使用基于熒光的GQD。細(xì)胞狀態(tài)的光動(dòng)力學(xué)檢測（氧化還原狀態(tài)）（acs nano，2016，10，11475-11482）；第一次開發(fā)基于納米孔限制的GQD的高靈敏度電化學(xué)分析平臺，用于復(fù)雜樣品；第一次實(shí)現(xiàn)applica。GQD在化學(xué)合成催化中的作用（碳，2018，136，224-233），具有均相和非均相催化劑的優(yōu)點(diǎn)；首次論證了GQD雙功能全溶液對水納米電催化劑形態(tài)和性能的調(diào)節(jié)（納米能，2018，48，284-291）；首次系統(tǒng)控制提出了GQD帶的策略和光催化分子內(nèi)Z方案的概念（ACS Nano，2018，12，3523-3532），團(tuán)隊(duì)還重點(diǎn)研究了其他二維材料形成的量子點(diǎn)，撰寫了一篇評論（化學(xué)學(xué)會(huì)評論，2016，45，2239-2262），并在Mxene量子點(diǎn)在光催化中的應(yīng)用，近年來，陳鵬教授的團(tuán)隊(duì)還致力于基于微針貼片的診斷與治療技術(shù)（小方法，2017,11700269；自然傳播，2018,94433；先進(jìn)材料，2017,29:1702243），這已被媒體廣泛報(bào)道。

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