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与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子...

氧化石墨烯基纳滤膜水通量远远大于传统的纳滤膜，但是氧化石墨烯纳滤膜对盐离子的截留率还有待提高。Gao等26利用过滤法在氧化石墨烯片层中间混合加入多壁碳纳米管（MWCNTs），复合膜的通量达到113 L/（m2.h.MPa），对于盐离子截留率提高，对于Na2SO4截留率可达到83.5%。Sun等27提出了一种全新的、精确可控的基于GO的复合渗透膜的设计思路，通过将单层二氧化钛（TO）纳米片嵌入具有温和紫外（UV）光照还原的氧化石墨烯（GO）层压材料中，所制备的RGO/TO杂化膜表现出优异的水脱盐性能。关于GO与水泥基复合材料的作用机制，研究者也有不同的观点，目前仍没有定论。新型氧化石墨技术目前医...

GO作为新型的二维结构的纳米材料，具有疏水性中间片层与亲水性边缘结构，特殊的结构决定其优异的***特性。GO的***活性主要有以下几种机制：（1）机械破坏，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化应激引发的细菌/膜物质破坏；（3）包覆导致的跨膜运输阻滞和（或）细菌生长阻遏；（4）磷脂分子抽提理论。GO作用于细菌膜表面的杀菌机制中，主要是GO与起始分子反应（Molecular Initiating Events，MIEs）[51]的作用（图7.3），包括GO表面活性引发的磷脂过氧化，GO片层结构对细菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引发的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***机制...

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3 nm。氧化石墨片层的边缘包括羰基或羧基。制造氧化石墨生产厂家氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。碳基填料可以提高...

工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物，这些污染物在制药，石化，染料，农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物，如光催化，吸附和电解54-57。在这些方法中，由于吸附技术低成本，高效率和易于操作，远远优于其他技术。与传统的膜材料不同，GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制，导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明，疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。从微观...

GO/RGO在光纤传感领域会有越来越多的应用，其基本的原理是利用石墨烯及氧化石墨烯的淬灭特性、分子吸附特性以及对金属纳米结构的惰性保护作用等，通过吸收光纤芯层穿透的倏逝波改变光纤折射率或者基于表面等离子体共振（SPR）效应影响折射率。GO/RGO可以在光纤的侧面、端面对光进行吸收或者反射，而为了增加光与GO/RGO层的相互作用，采用了不同光纤几何弯曲形状，如直型、U型、锥型和双锥型等。有铂纳米颗粒修饰比没有铂纳米颗粒修饰的氧化石墨烯薄膜光纤传感器灵敏度高三倍，为多种气体的检测提供了一个理想的平台。虽然GO具有诸多特性，但是由于范德华作用力，使GO之间很容易在不同体系中发生团聚。单层氧化石墨厂家...

目前医学界面临的一个棘手的难题是对大面积骨组织缺损的修复。其中，干细胞***可能是一种很有前途的解决方案，但是在干细胞的移植过程中，需要可促进和增强细胞成活、附着、迁移和分化并有着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较低的细胞毒性，可促进成纤维细胞、成骨细胞和间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖和分化[82]，同时GO还可以促进多种干细胞的附着和生长，增强其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨组织再生领域及相关领域研究人员的关注，成为组织工程研究中一种很有潜力的支架材料。GO不仅可以单独作为干细胞的载体材料，还可...

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。济南单层氧化石墨所采用的石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成GO的方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小...

氧化石墨烯基纳滤膜水通量远远大于传统的纳滤膜，但是氧化石墨烯纳滤膜对盐离子的截留率还有待提高。Gao等26利用过滤法在氧化石墨烯片层中间混合加入多壁碳纳米管（MWCNTs），复合膜的通量达到113 L/（m2.h.MPa），对于盐离子截留率提高，对于Na2SO4截留率可达到83.5%。Sun等27提出了一种全新的、精确可控的基于GO的复合渗透膜的设计思路，通过将单层二氧化钛（TO）纳米片嵌入具有温和紫外（UV）光照还原的氧化石墨烯（GO）层压材料中，所制备的RGO/TO杂化膜表现出优异的水脱盐性能。氧化石墨片层的边缘包括羰基或羧基。绿色氧化石墨增强还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具...

氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似，而蛋白质本身具有优异的离子识别功能，由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中，再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后，GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠，在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。 除此之外，GO由于片层间存在较强的氢键，力学性能优异，易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，其在水净...

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不仅与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。石墨、碳...

光学材料的某些非线性性质是实现高性能集成光子器件的关键。光子芯片的许多重要功能，如全光开关，信号再生，超快通信都离不开它。找寻一种具有超高三阶非线性，并且易于加工各种功能性微纳结构的材料是众多的光学科研工作者的梦想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探针光谱表明，重度功能化的具有较大SP3区域的GO材料在高激发强度下可以出现饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，这种效应归因于在SP3结构域的光子中存在较大的带隙。相反，在具有较小带隙的SP2域中的*出现单光子吸收。石墨烯在飞秒脉冲激发下具有饱和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下为饱和吸收，高能量下则具有...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π 键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π 键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分...

配体交换作用即：氧化石墨烯上原有的配位体被溶液中的金属离子所取代，并以配位键的形式生成不溶于水的配合物，**终通过简单的过滤即可从溶液中去除。Tang等47对Fe与GO（质量比为1：7.5）复合及Fe与Mn（摩尔比为3∶1）复合的氧化石墨烯/铁-锰复合材料（GO/Fe-Mn）进行了吸附研究，通过一系列的实验表明，氧化石墨烯对Hg2+的吸附机理主要是配体交换作用，其比较大吸附量达到32.9mg/g。Hg2+可在水环境中形成Hg(OH)2，与铁锰氧化物中的活性点位（如-OH）发生配体交换作用，从而将Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/铁-锰复合材料上，达到去除水环境中Hg2+的目的。氧化石墨烯经一定功...

RGO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙，可以实现超宽谱（从可见至太赫兹波段）探测。氧化石墨烯的还原程度对探测性能有***影响，随着氧化石墨烯还原程度的提高，探测器的响应率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基础上，研究者开始尝试使用还原氧化石墨烯制备类似结构的光电探测器。对于RGO-Si器件，带间光子跃迁以及界面处的表面电荷积累，是影响光响应的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]将氧化石墨烯分散液滴涂在硅线阵列上，而后通过热处理对氧化石墨烯进行热还原，制得了硅纳米线阵列(SiNW)-RGO异质结的室温超宽谱光探测器。该探测器在室温下，***实现了从可见光(532nm)...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。石墨烯微片的缺陷...

目前医学界面临的一个棘手的难题是对大面积骨组织缺损的修复。其中，干细胞***可能是一种很有前途的解决方案，但是在干细胞的移植过程中，需要可促进和增强细胞成活、附着、迁移和分化并有着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较低的细胞毒性，可促进成纤维细胞、成骨细胞和间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖和分化[82]，同时GO还可以促进多种干细胞的附着和生长，增强其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨组织再生领域及相关领域研究人员的关注，成为组织工程研究中一种很有潜力的支架材料。GO不仅可以单独作为干细胞的载体材料，还可...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009 年, Xia 等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3 层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au 作源漏电极，Si 作为背栅极并在其上沉淀300nm 厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并...

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45 nm的离子，半径小于0.45 nm的离子渗透速率...

氧化石墨烯（GO）的光学性质与石墨烯有着很大差别。石墨烯是零带隙半导体，在可见光范围内的光吸收系数近乎常数（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系数要小一个数量级（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系数是波长的函数，其吸收曲线峰值在可见光与紫外光交界附近，随着波长向近红外一端移动，吸收系数逐渐下降。对紫外光的吸收（200-320nm）会表现出明显的π-π*和 n-π*跃迁，而且其强度会随着含氧基团的出现而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光响应对其含氧基团的数量十分敏感[12]。随着含氧基团的去除，氧化石墨烯（GO）在可见光波段的的光吸收率迅速上升，**终达到2.3%这...

当前社会的快速发展造成了严重的重金属离子污染，重金属离子毒性大、分布广、难降解，一旦进入生态环境，严重威胁人类的生命健康。目前，含重金属离子废水的处理方法主要有化学沉淀法、膜分离法、离子交换法、吸附法等等。而使用纳米材料吸附重金属离子成为当前科研人员的研究热点。相对活性炭、碳纳米管等碳基吸附材料，氧化石墨烯的比表面积更大，表面官能团（如羧基、环氧基、羟基等）更为丰富，具有很好的亲水性，可以与金属离子作用富集分离水相中的金属离子；同时，氧化石墨烯片层可交联极性小分子或聚合物制备出氧化石墨烯纳米复合材料，吸附特性更加优异。GO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙，可以实现超宽谱（从可见至太赫兹波...

在光通信领域，徐等人开发了飞秒氧化石墨烯锁模掺铒光纤激光器，与基于石墨烯的可饱和吸收体相比，具有性能有所提升，并且具有易于制造的优点[95]，这是GO/RGO在与光纤结合应用**早的报道之一。在传感领域，Sridevi等提出了一种基于腐蚀布拉格光栅光纤（FBG）外加GO涂层的高灵敏、高精度生化传感器，该方法在检测刀豆球蛋白A中进行了试验[96]。为了探索光纤技术和GO特性结合的优点，文献[97]介绍了不同的GO涂层在光纤样品上应用的特点，还分析了在倾斜布拉格光栅光纤FBG（TFBG）表面增加GO涂层对折射率（RI）变化的影响，论证了这种构型对新传感器的发展的适用性。图9.14给出了归一化的折射...

多层氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有机物质的系统性能评价和机理研究。该研究采用逐层组装法制备了PAH/GO双层膜，对典型单价离子（Na+，Cl-）和多价离子（SO42-，Mg2+）以及有机染料（亚甲蓝MB，罗丹明R-WT）和药物和个人护理品（三氯生TCS，三氯二苯脲TCC）在反渗透膜系统中通过GO膜的行为进行研究。结果发现，在pH=7时，无论其电荷、尺寸或疏水性质如何，GO膜能够高效去除多价阳离子/阴离子和有机物，但对于单价离子的去除率较低。传统的纳滤膜通常带负电，且只能去除带有负电荷的多价离子和有机物。随着pH的变化，GO膜的关键性质（例如电荷，层间距）发生***变化，导致不同...

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换GO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙，可以实现超宽谱（从可见至太赫兹波段）探测。关于氧化石墨怎么用GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种...

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3 nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9 nm，计算出水合半径小于0.45 nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45 nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7 nm，以从水中筛分水合Na +（水合半径为0.36nm）。 通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。氧化石墨烯（GO）的厚度只有几纳...

解决GO在不同介质中的解理和分散等问题是实现GO广泛应用的重要前提。此外，不同的应用体系往往要不同的功能体现和界面结合等特征，故而要经常对GO表面进行修饰改性。GO本身含有丰富的含氧官能团，也可在GO表面引入其他功能基团，或者利用GO之间和GO与其它物质间的共价键或非共价键作用进行化学反应接枝其他官能团。由于GO结构的不确定性，以上均属于一大类复杂的GO化学，导致采用化学方式对GO进行修饰与改性机理复杂化，很难得到结构单一的产品。尽管面临诸多难以解释清楚的问题，但是对GO复合材料优异性能的期望使得非常必要总结对GO进行修饰改性的常用方法和技术，同时也是氧化石墨烯相关材料应用能否实现稳定、可控规...

在GO还原成RGO的过程中，材料的导电性、禁带特性和折射率都会发生连续变化，形成独特而优异的可调谐型新材料。2014年，澳大利亚微光子学中心贾宝华教授领导的科研小组***发现在用激光直写氧化石墨烯薄膜形成微纳米结构的过程中，材料的非线性可以实现激光功率可控的动态调谐。与传统的非线性材料相比，氧化石墨烯的三阶非线性高出了整整1000倍，随着氧化石墨烯中的氧成分逐渐减少，而非线性也呈现出被动态调谐的丰富变化。不但材料的非线性系数的大小产生改变，其非线性吸收和折射率也发生变化，并且，这种丰富的非线性特性完全可以实现动态操控。修复石墨烯片层上的缺陷，可以提高石墨烯微片的碳含量和在导电、导热等方面的性能...