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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的濃度...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團，在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷，由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面；相反的，如果水中pH等環境因素發生變化，氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷，則與金屬離子產生靜電斥力，二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關，其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明，在pH＞pHpzc時（pHpzc=3.8），GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電，可有效吸附鈾離子U(VI)，其吸附量可達到1330mg/g。氧化石墨能夠滿足人們對于材料的功能性需求更為嚴苛的要求。哪里有氧化石墨研發氧化石墨烯（GO...

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...

工業化和城市化導致天然地表水體中的有毒化學品排放，其中包括酚類、油污、***、農藥和腐植酸等有機物，這些污染物在制藥，石化，染料，農藥等行業的廢水中***檢測到。許多研究集中在從水溶液中有效去除這些有毒污染物，如光催化，吸附和電解54-57。在這些方法中，由于吸附技術低成本，高效率和易于操作，遠遠優于其他技術。與傳統的膜材料不同，GO作為碳質材料與有機分子的相互作用機理差異很大。新的界面作用可在GO膜內引入獨特的傳輸機制，導致更有效地從水中去除有機污染物。石墨烯和GO對有機物的吸附機理的研究表明，疏水作用、π-π鍵交互作用、氫鍵、共價鍵和靜電相互作用會影響石墨烯和GO對有機物的吸附能力。GO表...

光學材料的某些非線性性質是實現高性能集成光子器件的關鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開關，信號再生，超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結構的材料是眾多的光學科研工作者的夢想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區域的GO材料在高激發強度下可以出現飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應歸因于在SP3結構域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有...

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)...

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子，可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應，生成不溶于水的絡合物，從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料（EDTA-GO），通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應，即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物，具體過程如圖8.7所示，由于形成的絡合物不溶于水，可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。石墨烯具有很好的電學性質，但氧化石墨本身卻是絕緣體(或是半導體)。多層氧化石墨生產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...

氧化石墨烯（GO）是一種兩親性材料，在生理條件中一般帶有負電荷，通過對GO的修飾可以改變電荷的大小，甚至使其帶上正電荷，如利用聚合物或樹枝狀大分子等聚陽離子試劑。在細胞中，GO可能會與疏水性的、帶正電荷或帶負電荷的物質進行相互作用，如細胞膜、蛋白質和核酸等，因此會誘導GO產生毒性。因此在本節中，我們主要探討GO在細胞（即體外）和體內試驗中產生已知的毒性效應，以及產生毒性的可能原因。石墨烯材料的結構特點主要由三個參數決定：(a)層數、(b)橫向尺寸和(c)化學組成即碳氧比例）。石墨烯微片的缺陷有時使其無法滿足某些復合材料在抗靜電或導電、隔熱或導熱等方面的特殊要求。制造氧化石墨怎么用在GO還原成R...

氧化石墨烯因獨特的結構和性質受到了人們的***關注，其生物相容性的研究已經積累了一定的研究基礎，但氧化石墨烯在實際應用中仍然面臨很多困難和挑戰。首先，氧化石墨烯制備方法的多樣性和生物系統的復雜性，會***影響其在體內外的生物相容性，導致研究結果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性問題不能簡單歸納得出結論，需要綜合多方面的因素進行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取決于時間和本身的濃度，其***機理需要進一步的研究。***，氧化石墨烯對機體的長期毒性以及氧化石墨烯進入細胞的機制、與細胞之間相互作用的機理、細胞／體內代謝途徑等尚不清晰。這些問題關乎氧化石墨烯在生物醫學領域應用中的安全問題和環...

在氧化石墨烯的納米孔道中，分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域，水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵，從而增加了水流動阻力，而在雜化碳區域水流阻力很小。芳香碳網中形成的大多數通路被含氧官能團有效阻擋，從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質12,13。相比于其他納米材料，GO為快速水輸送提供了較多優越性能，如光滑無摩擦的表面，超薄的厚度和超高的機械強度，所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術，已經成功地應用到水處理的各個領域，引起越來越多的企業家和科學家的關注8-11。GO薄膜在海水淡化領域的應用主要是去除海水中的鹽離子，探究GO薄膜的離子傳質行為具有更為...

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。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。制備氧化...

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。。石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小有差異。多層氧化石墨資料Su等人28利用氫碘酸和抗壞血酸對PET基底上的多層氧化石墨...

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%這一...

氧化石墨烯（GO）是一種兩親性材料，在生理條件中一般帶有負電荷，通過對GO的修飾可以改變電荷的大小，甚至使其帶上正電荷，如利用聚合物或樹枝狀大分子等聚陽離子試劑。在細胞中，GO可能會與疏水性的、帶正電荷或帶負電荷的物質進行相互作用，如細胞膜、蛋白質和核酸等，因此會誘導GO產生毒性。因此在本節中，我們主要探討GO在細胞（即體外）和體內試驗中產生已知的毒性效應，以及產生毒性的可能原因。石墨烯材料的結構特點主要由三個參數決定：(a)層數、(b)橫向尺寸和(c)化學組成即碳氧比例）。氧化石墨能夠應用在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域。常規氧化石墨有哪些光電器件是在微電子技術基礎上發展起來的一種...

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...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團，在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷，由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面；相反的，如果水中pH等環境因素發生變化，氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷，則與金屬離子產生靜電斥力，二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關，其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明，在pH＞pHpzc時（pHpzc=3.8），GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電，可有效吸附鈾離子U(VI)，其吸附量可達到1330mg/g。靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關。多層氧化石墨涂料當前社會的快速發展造...

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。氧化石墨是一種碳、氧數量之比介于2.1到2.9之間黃色固...

氧化石墨烯經還原處理后，對于提高其導電性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以應用于對于導電性、導熱性等要求更高的應用中。在還原過程，含氧官能團的去除和控制過程本身也可成為石墨烯改性的一種方式，根據還原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和應用場景。例如，通過熱還原方式得到的還原氧化石墨烯結構、形貌、組分可通過還原條件進行適當的調控。Dou等1人介紹了在氬氣流下在1100-2000°C的溫度范圍內進行熱處理得到的石墨烯結構和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉體材料的表面積增加至超過起始前驅體材料四倍，對氧化石墨烯進行熱還原處理提高了氧化石墨烯的熱學性能，賦予了氧化石墨烯材料熱管理方面的應用。通過調控...

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，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

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，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團，在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷，由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面；相反的，如果水中pH等環境因素發生變化，氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷，則與金屬離子產生靜電斥力，二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關，其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明，在pH＞pHpzc時（pHpzc=3.8），GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電，可有效吸附鈾離子U(VI)，其吸附量可達到1330mg/g。石墨烯在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數。附近哪里有氧化石墨圖片GO/RGO在光纖傳感領域...

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。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...

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（MolecularInitiatingEvents，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***機制中對...

GO/RGO在光纖傳感領域會有越來越多的應用，其基本的原理是利用石墨烯及氧化石墨烯的淬滅特性、分子吸附特性以及對金屬納米結構的惰性保護作用等，通過吸收光纖芯層穿透的倏逝波改變光纖折射率或者基于表面等離子體共振（SPR）效應影響折射率。GO/RGO可以在光纖的側面、端面對光進行吸收或者反射，而為了增加光與GO/RGO層的相互作用，采用了不同光纖幾何彎曲形狀，如直型、U型、錐型和雙錐型等。有鉑納米顆粒修飾比沒有鉑納米顆粒修飾的氧化石墨烯薄膜光纖傳感器靈敏度高三倍，為多種氣體的檢測提供了一個理想的平臺。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用力，使GO之間很容易在不同體系中發生團聚。北京合成氧化石墨...

（1）將GO作為熒光共振能量轉移的受體，構建熒光共振能量轉移型氧化石墨烯生物傳感器，用于檢測各種生物分子。（2）可以將一些抗體鍵合在GO表面，構建成抗體型氧化石墨烯傳感器，通常是將GO作為熒光共振能量轉移或化學發光共振能量轉移的受體，以此來檢測抗原物質；或者利用GO比表面積較大能結合更多抗體的特點，將檢測信號進行進一步放大。（3）構建多肽型氧化石墨烯傳感器。因為GO是一種邊緣含有親水基團（-COOH，-OH及其他含氧基團）而基底具有高疏水性的兩性物質，當多肽與GO孵育時，多肽的芳環和其他疏水性殘基與GO的疏水性基底堆積，同時二者部分殘基之間也會存在靜電作用，這樣多肽組裝在GO上形成了多肽型氧化...

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。由于氧化石墨烯片層間隙距離小，Jin等24利用真空過濾法在石墨烯片層間加入單壁碳納米管（SWCNT），氧化石墨烯片層間的距離明顯增加，水通量可達到6600-7200L/（m2.h.MPa），大約是傳統納濾膜水通量的100倍，對于染料的截留率達到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽濾GO分散液制備微米級厚度層狀GO薄膜的滲透作用。通過一系列實驗表明，GO膜在干燥狀態下是真空壓實的，但作為分子篩浸入水中后，能夠阻擋所有水合半徑大于0.45nm的離子，半徑小于0.45nm的離子滲透速率比自...

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...

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)...

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，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

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。石墨烯在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數。黑龍江生產氧化石墨由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨...