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...

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...

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...

氧化石墨烯（GO）在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質，同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性，為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6]，其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（RGO）應用于光電傳感，主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時，利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質，作為電子受體材料時，利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）的電學性質已經有了比較詳細的論述，本章在介紹其在光電領域的應用之前，首...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。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...

氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關，還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。氧化石墨...

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。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。官能化氧化石墨復合材料解決GO在不同介...

（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...

在光通信領域，徐等人開發了飛秒氧化石墨烯鎖模摻鉺光纖激光器，與基于石墨烯的可飽和吸收體相比，具有性能有所提升，并且具有易于制造的優點[95]，這是GO/RGO在與光纖結合應用**早的報道之一。在傳感領域，Sridevi等提出了一種基于腐蝕布拉格光柵光纖（FBG）外加GO涂層的高靈敏、高精度生化傳感器，該方法在檢測刀豆球蛋白A中進行了試驗[96]。為了探索光纖技術和GO特性結合的優點，文獻[97]介紹了不同的GO涂層在光纖樣品上應用的特點，還分析了在傾斜布拉格光柵光纖FBG（TFBG）表面增加GO涂層對折射率（RI）變化的影響，論證了這種構型對新傳感器的發展的適用性。圖9.14給出了歸一化的折射...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。氧化石墨是由牛津大學的化學家本杰明·C·布羅迪在1859...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

氧化石墨烯（GO）在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質，同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性，為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6]，其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（RGO）應用于光電傳感，主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時，利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質，作為電子受體材料時，利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）的電學性質已經有了比較詳細的論述，本章在介紹其在光電領域的應用之前，首...

比較成熟的非線性材料有半導體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導體可飽和吸收鏡需要相對復雜和昂貴的超凈制造系統，這類器件的典型恢復時間約為幾個納秒，且半導體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低，常用的半導體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料，帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實現寬的非線性吸收帶，覆蓋常用的1.0～1.6um激光増益發射波段。但是由于碳納米管的管狀形態會產生很大的散射損耗，提高了鎖模閥值，限制了激光輸出功率和效率，所以，研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復時間、寬帶寬和價格便宜等優點的飽和吸收材料。同時具有良好的生物相容性...