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在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12,13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。静电作用的强弱与氧化石墨烯表面官能团产生的负电荷相关。黑...

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。GO的掺量对于水...

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%这一...

氧化石墨烯（GO）与石墨烯的另一个区别是在吸收紫外/可见光后会发出荧光。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-500nm），另一个在红光段（600-700nm）。关于氧化石墨烯发射荧光的机理，学界仍有争论。此外，氧化石墨烯的荧光发射会随着还原的进行逐渐变化，在轻度化学还原过程中观察到GO光致发光光谱发生红移，这一发现与其他人观察到的发生蓝移的现象相矛盾。这从另一个方面说明了氧化石墨烯结构的复杂性和性质的多样性。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。杭州关于氧化石墨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...

石墨烯是一种在光子和光电子领域十分有吸引力的材料，与别的材料相比有很多优点[1]。作为一种零带隙材料，石墨烯的光响应谱覆盖了从紫外到THz范围；同时，石墨烯在室温下就有着惊人的电子输运速度，这使得光子或者等离子体转换为电流或电压的速度极快；石墨烯的低耗散率以及可以把电磁场能量限定在一定区域内的性质，带来了很强的光与石墨烯相互作用。虽然还原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中观测到的电子输运效应以及其它一些凝聚态物质效应，但其易于规模化制备、性质可调等优异特性，使其在传感检测领域展现出极大的应用前景。扫描隧道显微镜照片表明，在氧化石墨中氧原子排列为矩形。氧化石墨销售氧化石墨烯表面含有-OH和-C...

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113L/（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。氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质量之比不定的碳、氢、氧元素构成的化合物。浙...

由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在细胞成像方面**了一股研究热潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面结构和光学性质，或者经过荧光染料分子标记之后，可用于体外细胞与***光学成像[63-66]，使其在**显像和***方面具有很大的应用前景。Dai课题组[67]***利用纳米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近红外发光性质用于细胞成像。他们将抗体利妥昔单抗（anti-CD20）与纳米GO-PEG共价结合形成纳米GO-PEG-anti-CD20，然后将纳米GO-PEG和纳米GO-PEG-anti-CD20与B细胞或T细胞在培养液中4℃培养1h，培养液中纳米GO-PEG的浓度...

氧化石墨烯（GO）是一种两亲性材料，在生理条件中一般带有负电荷，通过对GO的修饰可以改变电荷的大小，甚至使其带上正电荷，如利用聚合物或树枝状大分子等聚阳离子试剂。在细胞中，GO可能会与疏水性的、带正电荷或带负电荷的物质进行相互作用，如细胞膜、蛋白质和核酸等，因此会诱导GO产生毒性。因此在本节中，我们主要探讨GO在细胞（即体外）和体内试验中产生已知的毒性效应，以及产生毒性的可能原因。石墨烯材料的结构特点主要由三个参数决定：(a)层数、(b)横向尺寸和(c)化学组成即碳氧比例）。氧化石墨是由牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859年用氯酸钾和浓硝酸混合溶液处理石墨的方法制得。应该怎么做氧化石墨...

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（MolecularInitiatingEvents，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***机制中对...

尽管氧化石墨烯自身可以发射荧光，但有趣的是它也可以淬灭荧光。这两种看似相互矛盾的性质集于一身，正是由于氧化石墨烯化学成分的多样性、原子和电子层面的复杂结构造成的。众所周知，石墨形态的碳材料可以淬灭处于其表面的染料分子的荧光，同样的，在GO和RGO中存在的SP2区域可以淬灭临近一些物质的的荧光，如染料分子、共轭聚合物、量子点等，而GO的荧光淬灭效率在还原后还有进一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的荧光淬灭效率，研究表明，荧光淬灭特性来自于GO、RGO与辐射发生体之间的荧光共振能量转移或者非辐射偶极-偶极耦合。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...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似石墨烯结构的单原子...

在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12,13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为...

在推动以氧化石墨烯为载体的新药进入临床试验前，势必会面临诸多挑战：（1）优化氧化石墨烯的制备方法及生产工艺，使其具有可重复性，并能精确控制氧化石墨烯的尺寸和质量；（2）比较好使用剂量的摸索，找到以氧化石墨烯为载体的***疗效和毒性之间的平衡点；（3）其他表面修饰剂的开发，需具有良好生物相容性且修饰后的氧化石墨烯能在短时间内被生物体***；（4）毒理学方法的进一步规范，系统阐明以氧化石墨烯为载体***的潜在毒性；（5）体内外模型的建立，***评价氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地转化到临床。此外，以氧化石墨烯为载体的***在大规模工业化生产和应用时，还需考虑到对人体和环境的不利影响，是否...

由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在细胞成像方面**了一股研究热潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面结构和光学性质，或者经过荧光染料分子标记之后，可用于体外细胞与***光学成像[63-66]，使其在**显像和***方面具有很大的应用前景。Dai课题组[67]***利用纳米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近红外发光性质用于细胞成像。他们将抗体利妥昔单抗（anti-CD20）与纳米GO-PEG共价结合形成纳米GO-PEG-anti-CD20，然后将纳米GO-PEG和纳米GO-PEG-anti-CD20与B细胞或T细胞在培养液中4℃培养1h，培养液中纳米GO-PEG的浓度...

石墨烯是一种在光子和光电子领域十分有吸引力的材料，与别的材料相比有很多优点[1]。作为一种零带隙材料，石墨烯的光响应谱覆盖了从紫外到THz范围；同时，石墨烯在室温下就有着惊人的电子输运速度，这使得光子或者等离子体转换为电流或电压的速度极快；石墨烯的低耗散率以及可以把电磁场能量限定在一定区域内的性质，带来了很强的光与石墨烯相互作用。虽然还原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中观测到的电子输运效应以及其它一些凝聚态物质效应，但其易于规模化制备、性质可调等优异特性，使其在传感检测领域展现出极大的应用前景。石墨烯以优异的声、光、热、电、力等性质成为各新型材料领域追求的目标。制备氧化石墨材料近年来研究者...

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杂化部分结...

GO作为一种新型的药物载体材料，以其良好的生物相容性、较高的载药率、靶向给药等方面得到广泛的关注。GO作为递送药物的载体，它不仅可以负载小分子药物，也可以与抗体、DNA、蛋白质等大分子结合，如图7.2所示。普通的有机药物很多都含有π结构，而这些药物的水溶性都非常差，而GO具有较好的亲水性，因此可以借助分散性较好的GO基材料来解决这个问题，即将上述药物负载到GO基材料上，形成GO-药物混合物材料。这对改善难溶***物的水溶性，降低药物不良反应以及提高药物稳定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意义。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。无污染氧化石墨粉体氧化石墨...

氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在光电传感领域的应用，其基本依据是本章前面部分所涉及到的各种光学性质。氧化石墨烯因含氧官能团的存在具备了丰富的光学特性，在还原为还原氧化石墨烯的过程中，不同的还原程度又具备了不同的性质，从结构方面而言，是其SP2碳域与SP3碳域相互分割、相互影响、相互转化带来了如此丰富的特性。也正是这些官能团的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各种基于溶液的方法适应多种场合的需要，克服了CVD和机械剥离石墨烯在转移和大面积应用时存在的缺点，也正是这些官能团的存在，使其便于实现功能化修饰，为其在不同场景的应用提供了一个广阔的平台。碳基填料可以提高聚合物的热导率，但无法像提高导电性那么明...

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。关于GO与水泥基...

GO作为一种新型的药物载体材料，以其良好的生物相容性、较高的载药率、靶向给药等方面得到广泛的关注。GO作为递送药物的载体，它不仅可以负载小分子药物，也可以与抗体、DNA、蛋白质等大分子结合，如图7.2所示。普通的有机药物很多都含有π结构，而这些药物的水溶性都非常差，而GO具有较好的亲水性，因此可以借助分散性较好的GO基材料来解决这个问题，即将上述药物负载到GO基材料上，形成GO-药物混合物材料。这对改善难溶***物的水溶性，降低药物不良反应以及提高药物稳定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意义。石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小有差异。鸡西氧化石墨...

由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在细胞成像方面**了一股研究热潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面结构和光学性质，或者经过荧光染料分子标记之后，可用于体外细胞与***光学成像[63-66]，使其在**显像和***方面具有很大的应用前景。Dai课题组[67]***利用纳米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近红外发光性质用于细胞成像。他们将抗体利妥昔单抗（anti-CD20）与纳米GO-PEG共价结合形成纳米GO-PEG-anti-CD20，然后将纳米GO-PEG和纳米GO-PEG-anti-CD20与B细胞或T细胞在培养液中4℃培养1h，培养液中纳米GO-PEG的浓度...

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1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm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0.7nm，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，可以获得这种...

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%。氧化石墨...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等丰富的官能团，在水中可发生去质子化等反应带有负电荷，由于静电作用将金属阳离子吸附至表面；相反的，如果水中pH等环境因素发生变化，氧化石墨烯表面也可携带正电荷，则与金属离子产生静电斥力，二者之间的吸附作用**减弱。而静电作用的强弱与氧化石墨烯表面官能团产生的负电荷相关，其受环境pH值的影响较明显。Wang44等人的研究证明，在pH＞pHpzc时（pHpzc=3.8），GO表面的官能团可发生去质子化反应而带负电，可有效吸附铀离子U(VI)，其吸附量可达到1330mg/g。氧化石墨片层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。制备氧化石墨生产企业在氧化石墨烯的纳米孔道...

GO作为一种新型的药物载体材料，以其良好的生物相容性、较高的载药率、靶向给药等方面得到广泛的关注。GO作为递送药物的载体，它不仅可以负载小分子药物，也可以与抗体、DNA、蛋白质等大分子结合，如图7.2所示。普通的有机药物很多都含有π结构，而这些药物的水溶性都非常差，而GO具有较好的亲水性，因此可以借助分散性较好的GO基材料来解决这个问题，即将上述药物负载到GO基材料上，形成GO-药物混合物材料。这对改善难溶***物的水溶性，降低药物不良反应以及提高药物稳定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意义。氧化石墨能够满足人们对于材料的功能性需求更为严苛的要求。氧化石墨销售厂在氧化石墨烯的纳米孔道中，分...

光电器件是在微电子技术基础上发展起来的一种实现光与电之间相互转换的器件，其**是各种光电材料，即能够实现光电信息的接收、传输、转换、监测、存储、调制、处理和显示等功能的材料。光电传感器件指的是能够对某种特征量进行感知或探测的光电器件，狭义上*指可将特征光信号转换为电信号进行探测的器件，广义而言，任何可将被测对象的特征转换为相应光信号的变化、并将光信号转换为电信号进行检测、探测的器件都可称之为光电传感器。氧化石墨片层的边缘包括羰基或羧基。开发氧化石墨滤饼解决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...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...

氧化石墨烯（GO）与石墨烯的另一个区别是在吸收紫外/可见光后会发出荧光。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-500nm），另一个在红光段（600-700nm）。关于氧化石墨烯发射荧光的机理，学界仍有争论。此外，氧化石墨烯的荧光发射会随着还原的进行逐渐变化，在轻度化学还原过程中观察到GO光致发光光谱发生红移，这一发现与其他人观察到的发生蓝移的现象相矛盾。这从另一个方面说明了氧化石墨烯结构的复杂性和性质的多样性。将氧化石墨暴露在强脉冲光线下，例如氙气灯也能得到石墨烯。北京改性氧化石墨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...

氧化石墨烯经还原处理后，对于提高其导电性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以应用于对于导电性、导热性等要求更高的应用中。在还原过程，含氧官能团的去除和控制过程本身也可成为石墨烯改性的一种方式，根据还原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和应用场景。例如，通过热还原方式得到的还原氧化石墨烯结构、形貌、组分可通过还原条件进行适当的调控。Dou等1人介绍了在氩气流下在1100-2000°C的温度范围内进行热处理得到的石墨烯结构和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉体材料的表面积增加至超过起始前驱体材料四倍，对氧化石墨烯进行热还原处理提高了氧化石墨烯的热学性能，赋予了氧化石墨烯材料热管理方面的应用。从微观方...