南陽科技小結(jié)陳鵬：石墨烯量子點的發(fā)展與挑戰(zhàn)

南陽科技小結(jié)陳鵬：石墨烯量子點的發(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，而石墨烯量子點作為0維納米材料，也具有一些獨特的優(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（邊緣、官能團、摻雜劑等）、生物相容性、更好的化學和物理性質(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)中獨特應(yīng)用的最新進展，并展望了該領(lǐng)域當前的挑戰(zhàn)和前景。關(guān)于石墨烯量子點的進展：從化學、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。

（c-d）以量子點為發(fā)光體的有機發(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，具有許多獨特的優(yōu)良性能，可以促進科學和工程的發(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)一致地認識到其清晰的定義，并且應(yīng)認識到具有類似結(jié)構(gòu)的納米材料的獨特性質(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性質(zhì)。化學性質(zhì)和物理性質(zhì)。

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

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

（4）量子點可以看作是一個復(fù)雜的巨π共軛分子，其性質(zhì)受大小、化學基團、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的組成和形態(tài)，則很難從實驗上分離出單個效應(yīng)，理論研究也很困難。H可以提供重要的指導，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基團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)用機會。

（5）雖然觀察到了有趣的現(xiàn)象，但是量子點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)用仍在擴大。近年來，GQD已被用作化學合成和轉(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)模合成尚未實現(xiàn)，許多應(yīng)用在實踐中都是不可行的，另一方面，如果我們能夠解決當前的挑戰(zhàn)，并充分利用GQD理想優(yōu)勢的獨特組合，則GQD的研究具有很大的潛力。

石墨烯量子點的最新進展：從化學和物理到應(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化學與生物醫(yī)學工程學院教授。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《先進材料》、《自然通訊》、《安格萬德化學國際版》、《ACS納米》、《納米信件》、《物理評論信》、《化學學會評論》等國際知名期刊上發(fā)表學術(shù)論文200余篇。他們是英國皇家化學學會的成員，也是世界各地備受推崇的科學家。

陳鵬教授的團隊在過去五年的石墨烯量子點（GQD）研究中取得了一系列新的成就，如首次使用GQD特異性熒光標記和細胞膜上受體的動態(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。細胞狀態(tài)的光動力學檢測（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的高靈敏度電化學分析平臺，用于復(fù)雜樣品；第一次實現(xiàn)applica。GQD在化學合成催化中的作用（碳，2018，136，224-233），具有均相和非均相催化劑的優(yōu)點；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），團隊還重點研究了其他二維材料形成的量子點，撰寫了一篇評論（化學學會評論，2016，45，2239-2262），并在Mxene量子點在光催化中的應(yīng)用，近年來，陳鵬教授的團隊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；先進材料，2017,29:1702243），這已被媒體廣泛報道。

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