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氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、7...

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。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。多层氧化石墨涂料当前社会的快速发展造...

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。氧化石墨是一种碳、氧数量之比介于2.1到2.9之间黄色固...

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。通过调控...

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，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

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，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

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。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。附近哪里有氧化石墨图片GO/RGO在光纤传感领域...

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。同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加...

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...

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?；ぷ饔玫?，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。北京合成氧化石墨...

（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体，构建荧光共振能量转移型氧化石墨烯生物传感器，用于检测各种生物分子。（2）可以将一些抗体键合在GO表面，构建成抗体型氧化石墨烯传感器，通常是将GO作为荧光共振能量转移或化学发光共振能量转移的受体，以此来检测抗原物质；或者利用GO比表面积较大能结合更多抗体的特点，将检测信号进行进一步放大。（3）构建多肽型氧化石墨烯传感器。因为GO是一种边缘含有亲水基团（-COOH，-OH及其他含氧基团）而基底具有高疏水性的两性物质，当多肽与GO孵育时，多肽的芳环和其他疏水性残基与GO的疏水性基底堆积，同时二者部分残基之间也会存在静电作用，这样多肽组装在GO上形成了多肽型氧化...

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0.45nm的离子，半径小于0.45nm的离子渗透速率比自...

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...

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)...

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，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

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。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。黑龙江生产氧化石墨由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨...

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）在很宽的光谱范围内具有光致发光性质，同时也是高效的荧光淬灭剂。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光学性质和多样化的可修饰性，为石墨烯在光学、光电子学领域的应用提供了一个功能可调控的强大平台[6]，其在光电领域的应用日趋***。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）应用于光电传感，主要是作为电子给体或者电子受体材料。作为电子给体材料时，利用的是其在光的吸收、转换、发射等光学方面的特殊性质，作为电子受体材料时，利用的是其优异的载流子迁移率等电学性质。本书前面的内容中对氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）的电学性质已经有了比较详细的论述，本章在介绍其在光电领域的应用之前，首...

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?；诠?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?；诨蟪粱ǎ–VD）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。石墨烯微片的缺陷有时使其无法满足某些复合材料在抗静电或导...

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...

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。氧化石墨烯的表面官能团与水中的金属离子反应形成复杂的络合物。官能化氧化石墨复合材料解决GO在不同介...

（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体，构建荧光共振能量转移型氧化石墨烯生物传感器，用于检测各种生物分子。（2）可以将一些抗体键合在GO表面，构建成抗体型氧化石墨烯传感器，通常是将GO作为荧光共振能量转移或化学发光共振能量转移的受体，以此来检测抗原物质；或者利用GO比表面积较大能结合更多抗体的特点，将检测信号进行进一步放大。（3）构建多肽型氧化石墨烯传感器。因为GO是一种边缘含有亲水基团（-COOH，-OH及其他含氧基团）而基底具有高疏水性的两性物质，当多肽与GO孵育时，多肽的芳环和其他疏水性残基与GO的疏水性基底堆积，同时二者部分残基之间也会存在静电作用，这样多肽组装在GO上形成了多肽型氧化...

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...

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?；诠?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。氧化石墨是由牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859...

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（GO）在很宽的光谱范围内具有光致发光性质，同时也是高效的荧光淬灭剂。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光学性质和多样化的可修饰性，为石墨烯在光学、光电子学领域的应用提供了一个功能可调控的强大平台[6]，其在光电领域的应用日趋***。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）应用于光电传感，主要是作为电子给体或者电子受体材料。作为电子给体材料时，利用的是其在光的吸收、转换、发射等光学方面的特殊性质，作为电子受体材料时，利用的是其优异的载流子迁移率等电学性质。本书前面的内容中对氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）的电学性质已经有了比较详细的论述，本章在介绍其在光电领域的应用之前，首...

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。同时具有良好的生物相容性...

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。调控反应过程中氧化条件，...

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。氧化石墨烯（GO）是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医学和复合材料的理想材...

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。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...