石墨烯调研报告（石墨烯量子点）
零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。
GQDs的制备
GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。
GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。
水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3）中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示，Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。
图3. 水热法制备GQDs反应机理
Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method
Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。
上海复旦大学石墨烯研究人员采用在分散在水中的氧化石墨烯的悬浮液中加入胺类钝化剂（氨水(NH3.H2O)、苯胺、聚乙烯亚胺(PEI)、三乙胺((C2H5)3N)、氯化铵(NH3Cl)或N、N- 二甲基甲酰胺(DMF)等），反应的温度控制在150～250℃，反应时间在30min～12h然后再进行水热钝化处理，即得到具有较高的量子产率的的石墨烯量子点，平均粒度可达3.45nm。这种方法操作非常简便，反应时间短，对环境友好，所得的量子点量子产率高，且性质容易通过改变钝化剂的种类来进行调控。
Zhou等采用光照芬顿反应法，在亚铁离子和双氧水同时存在条件下，经紫外灯照射石墨烯，得到粒径约为40nm，高度约为1.2 nm的GQDs。该法操作简单，可通过控制光照时间来调节GQDs的粒径大小。
Li等采用电化学法，以高氯酸四丁基铵(TPAB)为氮源，石墨烯膜为工作电极, 乙腈为电解液，在±3.0V 范围内连续扫循环伏安，溶液颜色由无色变为黄色，蒸干乙腈，透析并过滤，将固体分散于二次水中，得到氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)。如图4所示，该法制备的NGQDs在365nm紫外灯下发蓝色荧光，粒径主要分布在2-5nm之间。
图4. NGQDs 荧光照片、结构示意图及TEM 图像
Fig 4 fluorescence photograph、structure diagram and TEM figures of NGQDs
Zhang等在碱性条件下电解石墨棒制备GQDs。将石墨棒作为阳极，以铂为对电极，置于7mL浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液中，电流强度范围为80-200 mA cm-1，得到的溶液用水合肼溶液处理，得到黄色发光、粒径为5-10 nm的GQDs。电化学法制GQDs 的工艺过程可归纳为三个阶段：第一阶段是剥落发生前的诱导期，电解液颜色从无色到黄色再到暗棕色；第二阶段石墨阳极明显膨胀；第三阶段石墨片自阳极剥落袁同电解液
一起形成黑色浆体，反应机理如图5所示。
图5 电化学法制备GQDs反应机理
Fig5 mechanism for the preparation of GQDs by electrochemical strategy
Peng等采用化学剥离碳纤维法，以树脂基碳纤维为母体，经酸氧化将碳纤维中的堆积的石墨剥离，一步就可制得粒径分布为1-4 nm，高度为0.4-2 nm的GQDs。该法制备的GQDs边缘大多呈锯齿状，由1-3层石墨烯构成，并可通过控制温度来调节GQDs 的尺寸大小进而达到改变其荧光颜色的目的。
bottom-up法指小分子前驱体经芳基氧化聚合作用得到GQDs。常见的方法有溶液聚合法，微波辅助水热法和可控热解多环芳烃法等。
Li等将增溶基团2’,4’,6’-三烷基取代苯环共价连接到石墨烯基边缘制备GQDs，大致步骤是用小分子（如3-碘-4-溴苯胺或其他苯衍生物）逐步反应制得聚苯树突状前体,再经氧化反应得石墨烯基, 最后制得GQDs。Li等制备大尺寸GQDs采用新的增溶方法是在石墨烯核周围生成一个三维的“笼”，将2’,4’,6’-三烷基取代苯环共价连接到石墨烯基边缘致使其拥挤，则石墨平面外围的苯基因此变得扭曲，石墨烯在三维方向上层间距增加形成笼状结构，如图6所示，这极大地减小了因短程距离引起的层间吸引力，从而达到增溶目的。
图6 溶液化学法制备GQDs: (a) GQDs的结构图；（b）GQDs的制备流程图
Dong等采用直接聚合法，以柠檬酸(CA)为前驱体，加热至200℃，通过控制CA的碳化时间可选择性地制备GQDs或GO。如图7所示，CA分子间脱水聚合，当反应时间较短，CA部分碳化时形成GQDs；当反应时间较长，CA完全碳化聚合成GO。GQDs 和GO在365nm紫外灯下均呈现蓝色荧光。
图7 合成GQDs和GO的图解
Qu等在Dong的基础上，采用溶液化学法，以柠檬酸(CA)为前驱体，尿素(UA)为氮源，硫脲(TU)为氮源和硫源，成功制备了氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)和硫氮共掺杂石墨烯量子点(SNGQDs)。如图8所示，水热条件下CA先自组装聚合成表面含有羟基和羧基的GQDs，UA或TU中的-NH2及含S基团连接到GQDs表面的羧基或羟基上，形成NGQDs或SNGQDs。该法制备的NGQDs和SNGQDs粒径主要分布在2.0-4.0nm；量子产率高，分别可达78%和71%；在可见光下分别呈黄色和绿色,在365nm紫外灯下都呈蓝色，且SNGQDs在550nm和590nm处分别呈红色和紫色。
图8 NGQDs和SNGQDs的生长机理
Tang等采用微波辅助水热法，以葡萄糖为前驱体制备GQDs。如图9所示，在微波水热环境下，葡萄糖脱水经C=C形成GQDs核心，随反应时间延长GQDs逐渐长大，反应时间是GQDs粒径大小的决定性因素。该法制备的GQDs结晶度高，平均粒子大小在3.4 nm左右，在365 nm 紫外灯下发蓝光。
图9 微波辅助水热法(MAH)制备GQDs
Liu等采用可控热解多环芳烃法，以六苯基苯(HBC)为碳源制备出大小约为60nm、厚度约为2-3nm、粒径统一的彩色荧光GQDs。如图10所示，首先HBC在高温下热
分解自组装成人工石墨，接着经改进的Hummers方法氧化剥离，之后与聚乙二醇胺混合加热回流48h并用肼还原得到GQDs。该法制备的GQDs稳定性好，室温放置一年仍不变质，形貌和粒径大小可通过热解温度来调节。
图10 以六苯基苯(HBC)为碳源制备光致发光GQDs的过程图解
Sheng 等采用紫外光刻蚀干法制备了石墨烯量子点，通过将石墨烯溶液旋涂在云母薄片上。经干燥得到氧化石墨烯/云母薄膜，采用80~200W、主波长275nm或372nm的紫外灯进行照射1~60min，制成单层的石墨烯量子点薄膜。石墨烯量子点薄膜明场和荧光照片如图11所示，选择不同波段的激发光，薄膜的荧光强度不同，其中以近红外区的荧光强度最强，并且荧光衰减很慢。
图11 石墨烯量子点薄膜明场和荧光图
GQDs的性质
（1）光致发光
石墨烯量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为360 nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。发光光谱是电子从最低未占据分子轨道向最高占据分子轨道跃迁产生的。带隙大小与量子点尺寸有关，当量子点尺寸增加带隙逐渐降低，不同粒径石墨烯量子点混合样品具有不同的激发和发射光谱。
石墨烯量子点溶液的pH也会影响发光强度。如Pan等报道了石墨烯量子点在碱性条件下荧光较强而在酸性条件下荧光几乎完全猝灭。如果pH在13和1之间变化，光强度也随之可逆地变化，这会限制量子点的应用范围。Shen等将量子点表面用聚乙二醇钝化解决了这个问题。量子点在中性溶液中具有较强的荧光，在酸性和碱性溶液中强度降低约25%。聚乙二醇修饰的石墨烯量子点量子产率可达28%，比纯量子点高两倍。也就是说量子点表面钝化后可显著增强量子点荧光。
除了尺寸和酸碱度之外，还有其他因素影响石墨烯量子点的发光性能。Eda等发现经肼蒸汽还原处理后石墨烯量子点的荧光强度会变化，可能是与极小的sp2簇的变化有关。Gokus 等人通过实验发现光致发光强度和石墨烯厚度直接相关。单层石墨烯发光较强，但多层石墨烯发光情况却不同。用氧气等离子层层刻蚀后，双层和多层的石墨烯仍然不发光，说明最上一层的荧光发射被底下未处理的层猝灭了。
（2）上转换发光
最近上转换荧光材料引起了科研工作者广泛的关注。而石墨烯量子点的上转换发光研究的却较少。Shen 等制备的石墨烯量子点在980 nm激光激发下发出绿光，具有上转换荧光性质。激发波长从600 nm 变到800 nm，上转换发射峰随之变化，从390 到468 nm，且激发光能量和上转换发射光能量之间的差值不变，大约1.1eV。Shen等人认为可能的原因是石墨烯量子点卡宾基态的多重性，具有σ和π两个轨道，而两个轨道之间的能级差接近1.1 eV。
（3）低细胞毒性
石墨烯量子点的细胞毒性已被很多课题组研究。Dai和Yang课题组通过细胞实验研究都发现石墨烯量子点具有较低的毒性。加入400 mg量子点到150mL细胞液中，细胞的活性没有明显地降低。因此所合成的石墨烯量子点可用于体外、活体生物成像和生物医学领域，并且具有较高的允许浓度。
(4) 其他性质
由于具有石墨烯的物理结构，石墨烯量子点还具有其他特性。石墨烯量子点是很好的电子给体同时又是电子受体。Hamilton及其合作者通过在极性表面上通过控制量子点的取向来组装胶体石墨烯量子点制备了圆盘形纳米结构材料。量子点的取向可以通过化学作用测定出来。
GQDs的应用领域
由于拥有石墨烯电化学催化性能高、生物相容性好、细胞毒性低、环境友好、光致发光性能稳定等诸多优良性能，GQDs在化学及生物领域的甲醇燃料电池、环境金属离子检测、传感器、细胞成像、药物运输等方面的应用逐渐被关注，尽管其应用研究目前仍处在起始阶段，但已日益成为全球科研工作者热门的研究对象。
（1）生物成像
Jing及其合作者利用共轴电喷溅方法一步制备了多功能核壳结构胶囊，同时具有靶向和荧光成像功能。TiO2壳层抑制了紫杉醇起始的爆发性释放，内部的四氧化三铁和石墨烯量子点分别用于磁靶向和荧光成像。胶囊内的紫杉醇在超声作用下可释放出来。Zhu等把合成的石墨烯量子点用于常规的生物成像。以Dulbecco磷酸盐缓冲盐水为介质配成2.5 mg/mL石墨烯量子点悬浮液来培育104细胞/150 μL人骨肉瘤细胞液。石墨烯量子点是通过一步溶剂热法制备的，量子产率高达11.4%。石墨烯量子点吸收和生物成像试验是在共聚焦荧光显微镜上完成的。细胞内有亮绿色区域表明量子点已经通过细胞膜转位。激光相关的发光行为使石墨烯量子点有多种可见光谱，当激发波长移到488 nm，可看到黄绿色的光。
（2）电化学生物传感
由于石墨烯量子点具有优异的传导性，Li等将石墨烯量子点修饰电极与特定序列ssDNA分子耦合作为探针设计了电化学生物传感器。由于探针ssDNA与量子点的相互作用使之紧紧地结合在修饰电极表面，从而抑制了电化学活性物种[Fe(CN)6]3-/4-和电极之间的电子转移。当目标分子如目标ssDNA或目标蛋白质加入测试溶液中，如果探针ssDNA是目标DNA的互补对或目标蛋白质的适体，探针ssDNA优先与目标分子结合而不是石墨烯量子点。[Fe(CN)6]3-/4-的峰电流随目标分子量增大而增加。所构筑的生物传感器具有较高的灵敏度和选择性。Li 等还构建了一种新型基于GQDs 和BBV 的葡萄糖荧光传感器。该传感器利用GQDs 与BBV 之间的静电相互作用，使之相互络合导致GQDs荧光猝灭，加入葡萄糖后，BBV 中的硼酸基团与葡萄糖中的顺式醇羟基结合，中和了BBV 所带的正电荷，从而使GQDs 荧光恢复。
（3）环境金属离子检测
Ran 等首次报道了一种简单快速、超灵敏无标记的基于银纳米粒子（AgNPS）修饰的GQDs 检测Ag+和生物硫醇的方法。如图12所示，GQDs 作为荧光指示剂，当Ag+或生物硫醇不存在的情况下，GQDs 发出强烈的蓝色荧光；当Ag+存在时，由于静电作用Ag+会吸附在GQDs 表面，GQDs 荧光强度减弱；Ag+吸附在GQDs 表面后生成了AgNPS,加入生物硫醇后，生物硫醇作为还原剂和桥梁将彼此毗邻的AgNPS 距离拉近并连接在一起，使GQDs 荧光猝灭。
图12基于石墨烯量子点检测Ag+和生物硫醇的机理示意图
Liu 等合成的氮掺杂碳点与Cu（Ⅱ）之间存在络合作用，可用于无标记绿色高灵敏检测环境中的Cu（Ⅱ）。
（4）催化领域
最近Qu 课题组用电化学法制备了氮掺杂的表面具有富氧功能基团的石墨烯量子点。该法是以四丁基氨高氯酸盐为氮源，乙腈为电解质把氮原子原位引入所生成的石墨烯量子点中。掺杂石墨烯量子点中的杂原子可有效调控量子点原本的性质。所制备的氮掺杂石墨烯量子点具有发光及电催化活性，N/C 原子比约为4.3%。与无氮的纯量子点不同，所制备的产物发蓝光并且具有电催化活性，在碱性介质中催化氧气还原反应，其催化活性与商用的Pt/C 催化剂相当。
（5）有机光伏器件
由于具有优异的光电性质，石墨烯量子点可望用于制备低廉、上转换发光及高性能的光伏器件。
Li 等人用发绿光的胶体石墨烯量子点在共轭聚合物，聚(3-己基噻吩) 基薄膜太阳能电池中作为电子受体材料。虽然只是初步研究没有进行器件的优化，功率转换效率仍
达到1.28%。石墨烯量子点提供了一个有效的电荷分离界面和电子传输路径。Yan等也报道了石墨烯量子点具有较高的光吸收，并且在可见和近红外区也有吸收。通过计算石墨烯量子点能级水平发现在光激发下电子可能从量子点注入宽带隙TiO2然后从碘离子接受一个电子实现再生。因此，石墨烯量子点可以取代金属有机染料作为光敏剂制造出价廉、高效的量子点敏化太阳能电池。石墨烯量子点还具有上转换发光性质，可用于光电化学电池。
Zhu 等研究了石墨烯量子点的光电转换能力。聚乙烯醇-石墨烯量子点和纯石墨烯量子点在ITO 电极上产生的光电流用三电极体系进行测定。纯石墨烯量子点光电极在365 nm 紫外光和808 nm 近红外激光照射下产生的光电流比聚乙烯醇-石墨烯量子点电极的一半还少，石墨烯量子点将会成为新的太阳能电池掺杂材料。光电转换的光源可以从紫外拓展到近红外。
Gupta 等报道了将石墨烯量子点与规整的聚(3-己基噻吩) 或聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4 苯撑乙烯) 聚合物混合之后得到的物质与石墨烯纳米片和共轭聚合物的混合物相比能明显地提高太阳能电池或有机发光二极管的效率。石墨烯量子点是以石墨烯纳米片为原料通过水热法制备并且用苯胺或亚甲基蓝功能化。循环伏安法测得石墨烯量子点的LUMO 和HOMO 分别为-3.55 和-5.38 eV，并且LUMO 的位置在聚(3-己基噻吩) 和Al 之间，说明量子点适合用于太阳能电池。亚甲基蓝功能化的石墨烯量子点分散在聚合物聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4 苯撑乙烯)中，提供了较多的电传输路径，增强了电荷注入效率，因此增加了载流子密度。
展望
综上所述，作为一种新型的碳纳米结构材料，石墨烯量子点自问世以来，对其制备方法以及机理的研究就一直是研究者们探索的热点，各种简单有效的方法被陆续研究出来。然而目前制备高产率、高质量GQDs仍有相当长的路要走：自上而下的方法步骤相对简单，产率较高袁但不能实现对GQDs形貌和尺寸的精确控制。自下而上的方法多数可控性更强，但步骤繁琐操作麻烦。另外一些特殊方法所需要的苛刻制备条件更是限制了这些方法的推广。除此之外，很多机理性问题没有解决，如光致发光（PL）起源, 影响GQDs带隙的因素，石墨烯材料中的能量弛豫和光谱扩散是否受到聚集和层间耦合的影响。应用方面也有很多问题，如生物成像时，GQDs会发出有干扰的蓝色荧光，上转换发光（UCPL）强度弱，应用在太阳能电池中能量转化率并不高。因此，关于GQDs 的研究仍然任重而道远，为了充分开发GQDs优异的光、电、磁性能还需要研究更加合理的制备方法。
但不容否认的是，GQDs的应用前景还是非常值得期待的。因良好的化学惰性、生
物相容性、低毒性、PL和UCPL等特性，GQDs在传感器、拉曼增强、生物成像、疾病检测、药物运输、催化剂以及光电器等各个领域袁具有广阔的应用前景。未来的工作中，科学家将会更多关注如何通过更好的方法控制合成GQDs并对其进行表面修饰和复合，增强荧光强度，使其表现出更好的性能，加速应用进程。
石墨烯报告 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义 “中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 图1 石墨烯的分类 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展历程： 图2 石墨烯的发展历程 (二)石墨烯性质
石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。由于其具有许多特殊性质，有日本的研究人员惊呼石墨烯是“神仙创造” 的材料。许多学者称石墨烯为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的时代”。 相比于现有材料，石墨烯拥有众多“史上最强”性能。 超强导电性：由于石墨烯拥有完美的“二维”平面晶格结构，因此电子在晶格中移动时，不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。另外，由于石墨烯中碳原子之间作用力很强，使得运动中的电子受到的干扰极小，即使在周围碳原子发生碰撞时也是如此，因此电子具有非常快的运动速度（能够达到光速1/300），远远超过了电子在其他金属导体或半导体中的运动速度，正因如此，石墨烯拥有超强的导电性能。 超高强度：石墨烯的硬度高于金刚石，是目前为止人类已知的硬度最高的物质。由于高的硬度，石墨烯拥有很高的强度，其强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。而同时它又拥有很好的韧性，且可以弯曲。 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可3500w/m·k，各种金属中导热系数相对较高的有银、金、铜、铝。而单层石墨烯的导热系数可达5300w/m·k。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。 超大比表面积：由于单层石墨烯只有一个碳原子厚（0.335nm），所以石墨烯拥有超大的比表面积。在理想情况下，单层石墨烯的比表面积能够达2630m2/g，而目前普通的活性炭的比表面积为1500 m2/g，石墨烯这种比表面积超大的特性使它在储能领域的应用潜力巨大。 图3 石墨烯史上最强性能 除此之外，石墨烯还有众多“独特”的特点： 图4 石墨烯独特性质
石墨烯调研报告（石墨烯量子点） 零维的石墨烯量子点(grapheme quantum dots, GQDs)，由于其尺寸在10nm以下，同二维的石墨烯纳米片和一维的石墨烯纳米带相比，表现出更强的量子限域效应和边界效应，因此，在许多领域如太阳能光电器件，生物医药，发光二极管和传感器等有着更加诱人的应用前景。 GQDs的制备 GQDs具有特殊的结构和独特的光学性质，即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右，厚度只有0.5到1.0 nm，表面含有羟基、羰基、羧基基团，使得其具有良好的水溶性。 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。top-down 法指将大片的石墨烯母体氧化切割成尺寸较小的石墨烯纳米片，经进一步剪切成GODs，主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法。 水热法是制备GQDs最为常见的一种方法，先将氧化石墨烯在氮气保护下热还原为GNSs，接着将GNSs置于混酸（混酸体积比VH2SO4/VHNO3 =1:3）中超声氧化，再将氧化的GNSs置于高压反应釜中200℃热切割。反应机理如图3所示，Pan等采用该方法化学切割石墨烯制备GQDs，其径主要分布在5-14 nm，并发现量子点在紫外区有较强光学吸收，吸收峰尾部扩展到可见区。光致发光光谱一般是宽峰并且与激发波长有关，当激发波长从300到407 nm变化，发射峰向长波方向移动，激发波长为60nm时，量子点发出明亮的蓝色光，此时发射峰最强。 图3. 水热法制备GQDs反应机理 Fig. 3 mechanism for the preparation of GQDs by hydrothermal method Jin等采用两步法，先用水热法制备出GQDs，再将聚乙二醇二胺修饰到GQDs 上。该法制备的胺功能化的石墨烯量子点可通过功能化物的迁移效应有效地调节石墨烯量子点的光致发光性能。
石墨烯量子点的概述 石墨烯量子点的性质 GQDs是准零维结构的纳米材料，由于其自身半径小于波尔激发半径，原子内部的电子在三维方向上的运动均受到限制，所以量子局域效应十分显着，因此具有许多独特的物理和化学性质。其与传统的半导体量子点(QDs)相比，GQDs 具有如下独特的性质：不含高毒性的金属元素如镉、铅等，属环保型量子点材料；自身结构稳定，耐强酸和强碱，耐光漂白；厚度可达到单个原子层，横向尺寸可达到几个互相联接的苯环大小，却能够保持高度的化学稳定性；带隙宽度范围可调，原则上可通过量子局域效应和边缘效应在0～5 eV 范围内调节，从而将波长范围从近红外区扩展到可见光区及深紫外区，从而满足了各种技术对材料能隙和特征波长的要求；容易实现表面功能化，可稳定分散于常用的化学试剂，满足材料低成本加工处理的需求。GQDs拥有的发光特性主要是通过光致发光和电化学发光产生，其中荧光性能是GQDs最突出的性能，GQDs的荧光性质主要包括：激发荧光稳定性高且具有抗光漂白性；荧光发射波长可以进行可控调节，有些GQDs还具有上转换荧光性质；激发光谱宽且连续，可以进行一元激发、多元发射。目前关于GQDs的光致发光机理主要有两个：(1)官能团效应，即在GQDs表面进行化学修饰，使得GQDs表面产生能量势阱，表面物理化学状态发生显着变化，导致其荧光量子产率提高；(2)尺寸效应，即GQDs的荧光性能取决于粒径尺寸的大小。GQDs还是优良的电子给体和电子受体，因此GQDs在能量存储、光电转化和电磁学领域具有重要的研究意义，同时在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。 石墨烯量子点的制备 GQDs的合成方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上法，如图1-1所示。自上而下法是通过简单的物理化学作用，进行热解和机械剥离块状石墨，得到尺寸较小的GQDs，是最常用的制备方法，比如改进的Hummers法，其使用的原料廉价，但是反应条件比较苛刻，制备周期比较长，通常需要经过强酸、强氧
2021年石墨烯行业研究 分析报告
目录 1.石墨烯行业现状 (4) 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 (4) 1.2石墨烯市场规模分析 (5) 2.石墨烯行业前景趋势 (6) 2.1石墨烯的应用领域十分广泛 (6) 2.2行业进入快速发展期 (6) 2.3产业集群逐步扩大 (7) 2.4用户体验提升成为趋势 (8) 2.5行业协同整合成为趋势 (8) 3.石墨烯行业存在的问题 (8) 3.1技术问题 (8) 3.2市场问题 (9) 3.3成本问题 (9) 3.4关键技术有待突破 (9) 3.5应用市场有待拓展 (10) 3.6标准体系有待完善 (10) 3.7产业结构调整进展缓慢 (11) 3.8供给不足，产业化程度较低 (11) 4.石墨烯行业政策环境分析 (13) 4.1石墨烯行业政策环境分析 (13)
4.2石墨烯行业经济环境分析 (13) 4.3石墨烯行业社会环境分析 (13) 4.4石墨烯行业技术环境分析 (14) 5.石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1石墨烯行业竞争分析 (15) 5.1.1对上游议价能力分析 (15) 5.1.2对下游议价能力分析 (15) 5.1.3潜在进入者分析 (16) 5.1.4替代品或替代服务分析 (16) 5.2中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (17) 5.3中国石墨烯行业竞争强度分析 (17) 6.石墨烯产业投资分析 (18) 6.1中国石墨烯技术投资趋势分析 (18) 6.2中国石墨烯行业投资风险 (18) 6.3中国石墨烯行业投资收益 (19)
1.石墨烯行业现状 1.1石墨烯行业定义及产业链分析 石墨烯行业是指从事石墨烯相关性质的生产、服务的单位或个体的组织结构体系的总称。深刻认知石墨烯行业定义，对预测并引导石墨烯行业前景，指导行业投资方向至关重要。石墨烯具有非常好的导热性、电导性、透光性，而且具有高强度、超轻薄、超大比表面积等特性，广泛应用于锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等方面。并且在政策的扶持鼓励下，我国石墨烯产业近年迎来大发展，被业界普遍看好其发展，国内企业也越来越重视对石墨烯的研究和投资。 我国石墨烯行业在经过短暂的结构调整后，淘汰掉落后产能、筛选掉不合格企业，并且随着居民消费观念的转变和消费需求的
关于石墨烯电池的调研报告 0引言 《世界报》的一则关于西班牙Graphenano 公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池的消息，引起了世界各地的转发与评论，该消息称石墨烯聚合材料电池能够提给电动车1000公里的续航能力，而其充电时间不到8分钟。为调查此消息的真实性与石墨烯聚合材料电池的可行性，于是检索、收集了大量的资料，并总结做出了自己的调查结果。 1石墨烯简介 石墨烯（Graphene ）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因「在二维石墨烯材料的开创性实验」为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达K m W ?/5300，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过s V cm ?/215000，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约m ?Ω-810，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。 特斯拉CEO 马斯克近目在接受英国汽车杂志采访时表示，正在研究高性能电池，特斯拉电动车的续行里程很快将能达到800公里，比目前增长近70％。其表示，特斯拉始终致力于打造纯电动汽车，将继续革新电池技术，不考虑造混合动力车。特斯拉Model3电动汽车的续行里程有望达N320公里，售价约为3.5万美元。[]《功能材料信息》 2014年第11卷第4期 56-56页据悉，石墨烯兼具高强度、高导电性、柔韧性等优点，应用于锂电池负极材料后，可大幅度提高其电容量和大倍率充放电性能 ，或成特斯拉电池的理想材料。 特斯拉研究高能电池石墨烯或为理想材料 这项新技术的核心在于，新型多孔石墨烯材料含有巨大的内部表面区域，因此能实现在极短时间内充电。所充电能量与普通锂电池的电能量相当。更重要的是，石墨烯电池电极在经过1万次充放电之后。能量密度并未出现明显损失。 这种多孔石墨烯材料的超级电容，还可以为电动车节省大量的能量"如今，电动车的电能浪费现象仍旧普遍存在" 1新闻方面 首先，我从网上搜索了相关的新闻，包括ZOL 新闻中心科技频道的“石墨烯电池或将引领改革：充电10分钟跑1000公里”说道“这项突破性研究，为人类认知石墨烯等材料特性带来全新发现，并有望为燃料电池和氢相关技术领域带来革命性的进步”；21世纪经济报道的“中国2015年量产石墨烯锂电池或颠覆电动车行业”说道“2014年12月初，西方媒体报
石墨烯量子点的制备、表征与应用研究 氧化石墨(GO)的制备 本文采用改进的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨（GO），[20, 21] 具体如下：在干燥的三颈烧瓶中加入46 mL 98%浓硫酸，低温冷却至0-4℃。强力搅拌下加入2 g天然鳞片石墨和1 g硝酸钠，且控制水浴温度至4℃以下1小时。随后分几次缓慢加入6 g高锰酸钾，继续搅拌反应1 h，溶液呈墨绿色，然后将锥形瓶置于35℃的恒温水浴中，继续搅拌反应2 h,反应结束后搅拌下加入100 mL二次蒸馏水，控制温度在90℃继续搅拌1 h，用150 mL二次蒸馏水稀释反应液，再加入10 mL 30%双氧水，搅拌至溶液呈金黄色。趁热抽滤，用5%盐酸和去离子水充分洗涤棕黄色沉淀物至pH值≈7。将棕黄色沉淀物放置在60℃的烘箱中干燥12 h，得氧化石墨烯固体，保存备用。 还原石墨烯的制备 化学还原石墨烯是用水合肼还原氧化石墨烯制得。称取4.2.2得到的氧化石墨烯50 mg置于100 mL圆底烧瓶中，加入二次蒸馏水至100 mL，超声约0.5 h 使其完全溶解。取50 mL氧化石墨烯分散液于250 mL烧杯中，然后加入50 μL 35%水合肼溶液和350 μL浓氨水，混合均匀，剧烈搅拌几分钟。置于95℃水浴中反应1 h，溶液慢慢由棕褐色变为黑色。待溶液冷却至室温时，用0.22 μm的滤膜进行抽滤，将滤得的沉淀物于60℃干燥12 h，即得到所需的还原石墨烯薄膜。 石墨烯量子点（GQDs）的制备 石墨烯量子点(GQDs)的电化学制备是在0.01 mol L-1磷酸盐缓冲溶液(PBS)中进行的。用滴管向缓冲溶液中滴加两滴4 mg/mL巯基丙氨酸溶液作为分散剂，在±0.3v电压内以0.5 v s-1的扫描速率进行循环伏安(CV)扫描。由以上制得的石墨烯薄膜(5 mm×10 mm)作工作电极，Pt丝作辅助电极，甘汞电极作参比电极。过程中有石墨烯粒子从薄膜上剥落进入溶液中，溶液由无色变为黄色。将黄色溶液进一步用透析袋透析（透析袋截留分子量：3000道尔顿，袋外初始水体积为500 mL），每天换两次水，透析三天，得到石墨烯量子点水溶液。
2016年中国石墨烯行业发展报告 前言 2016年以来，石墨烯概念股如东旭光电、华丽家族、方大炭素、中泰化学等备受资本追捧。国内外各大锂电企业有关石墨烯项目布局，有的选择石墨烯导电剂技术研发，有的走向石墨烯复合正负极材料之路。这其中，不乏号称已经生产出“石墨烯电池”的锂电企业。石墨烯火热的背后，具体应用领域潜力如何？都有哪些助推的洪荒之力？ 一、国家政策鼓励支持石墨烯产业发展 近年来，国家出台多项政策，鼓励支持石墨烯产业发展。国家各部委不断出台指导意见和规划文件，明确了对石墨烯材料的支持与发展要求。 二、石墨烯的技术研究进入快速发展轨道 从石墨烯相关专利申请趋势看，其相关专利的申请在上个世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员因对石墨烯的研究共同获得2010年诺贝尔物理学奖以后，全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长，其中，2014年全球石墨烯相关专利的申请数量就高达5047件，表明石墨烯的相关技术研究进入快速发展轨道。 根据石墨烯相关专利历年的申请情况，结合每年专利发明人数量，2008年以前为石墨烯研发技术的萌芽阶段，2008年至2015年为技术的成长阶段，而2015年之后石墨烯研发生产及应用技术开始趋向于成熟，即成熟阶段初期，这个阶段石墨烯开始逐步小规模生产，但是，其生产及应用技术仍有待于进一步突破。 三、石墨烯应用需求多样化，引领多领域划时代的变革 石墨烯是由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格材料，单层石墨烯薄膜只有一个碳原子厚度，是目前已知的最薄的一种新材料，具有极高的比表面积、超强的导电性和强度以及透明度等优点。石墨烯同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料所不具备的性能，未来有望在电子、储能、催化剂、传感器、光电透明薄膜、超强复合材料以及生物医疗等众多领域应用，可以说是未来最有前景的先进材料之一，引领多领域划时代的变革。 《中国制造2025》提出：明确要求高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。《<中国制造2025>重点领域技术路线图（2015年版）》中称，石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。 1、导电油墨：石墨烯导电油墨具备成本优势
石墨烯项目 可行性报告 规划设计/投资分析/产业运营
摘要说明— 目前，中国在石墨烯相关技术研发方面走在世界前列，遥遥领先于美 日韩等发达国家。而在石墨烯技术应用方面，化工、储能和电子器件是最 主要的应用领域，其中石墨烯在锂离子电池的应用前景备受关注。 该石墨烯项目计划总投资5674.58万元，其中：固定资产投资4452.16万元，占项目总投资的78.46%；流动资金1222.42万元，占项目总投资的21.54%。 达产年营业收入10440.00万元，总成本费用8076.93万元，税金及附 加100.56万元，利润总额2363.07万元，利税总额2789.57万元，税后净 利润1772.30万元，达产年纳税总额1017.27万元；达产年投资利润率 41.64%，投资利税率49.16%，投资回报率31.23%，全部投资回收期4.70年，提供就业职位182个。 报告内容：项目总论、项目建设必要性分析、项目调研分析、建设规 划方案、项目建设地研究、土建方案、工艺技术说明、项目环境保护分析、生产安全保护、项目风险说明、项目节能概况、项目实施安排、项目投资 情况、项目经营效益、项目总结、建议等。 规划设计/投资分析/产业运营
石墨烯项目可行性报告目录 第一章项目总论 第二章项目建设必要性分析第三章建设规划方案 第四章项目建设地研究 第五章土建方案 第六章工艺技术说明 第七章项目环境保护分析第八章生产安全保护 第九章项目风险说明 第十章项目节能概况 第十一章项目实施安排 第十二章项目投资情况 第十三章项目经营效益 第十四章招标方案 第十五章项目总结、建议
２０１８年石墨烯产业发展现状分析报告
目录 一 产业概况 （一）产业规模 （二）产业链分析 １． 产业链上游 ２． 产业链中游 ３． 产业链下游 （三）石墨烯产业区域分布 １． 石墨烯产业全球分布 ２． 我国石墨烯产业区域分布 （四）国内外重点企业动态 二 产业技术进展 （一）国外技术进展 （二）国内技术进展 三 产业发展问题及对策建议 （一）石墨烯产业发展存在的问题 （二）政策建议 图表目录 表１ 石墨烯制备方法 表２ 石墨烯应用产品及相关企业 表３ 我国石墨烯主要产区企业分布 表４ 国内主要石墨烯企业动态 表５ 各国石墨烯技术动态 表６ 我国石墨烯技术动态 图１ ２０１１－２０１７年我国石墨烯企业增长情况 图２ 石墨烯技术专利申请数量的年度分析 图３ 我国受理的石墨烯专利公开数量年度变化趋势图４ 全球石墨烯专利受理地区及机构分析 图５ 我国新注册石墨烯企业地区分布
摘 要：一石墨烯作为最受关注的新材料，２０１７年产业化进程不断加快，但受制于制备技术工艺不成熟二应用市场缺少实质性产 品，石墨烯突破产业化瓶颈尚需时日三与此同时，我国石墨 烯产业在发展过程中逐渐显现出同质化发展的苗头三未来， 需要进一步优化石墨烯产业市场环境，加强政策支撑二服务 支撑二产业支撑，提高石墨烯市场集中度和产业竞争力，以 推动石墨烯产业持续健康发展三 一 产业概况 总体来看，２０１７年石墨烯产业延续了近几年火热的势头，依然是社会关注度最高的新材料，产业规模不断扩大呈爆发式增长势头，技术专利数量快速增长，正在接近实现产业化三但是，从产业生命周期的角度看，石墨烯产业仍处在导入期：大量企业进入二中小企业为主二中上游产业发展速度相对较快二产业下游缺乏具有实质性应用产品，石墨烯产业化道路任重而道远三
基于石墨烯量子点的传感器在分析检测中的应用 姓名李丽娟学号 S131110042 摘要：石墨烯量子点优良的物理化学性质及石墨烯量子点边缘的羧基或者氨基基团使其易与多种有机的，聚合的，无机的或者生物种类相互作用。本文主要介绍了石墨烯量子点的制备方法以及基于（类）石墨烯量子点、（类）石墨烯材料的荧光传感器在分析检测中的应用，并详细介绍了分析检测的原理，以期为石墨烯量子点在分析检测中的应用提供相关参考与依据。 关键词：石墨烯量子点荧光检测 1 引言 最近，石墨烯获得了广泛的关注由于其独特的电子光学机械以及热学性质。大量基于石墨烯的生物传感器被开发来检测核酸，蛋白质，毒素和生物分子。石墨烯片层的形态包括它们的大小，形状以及厚度都可以有效的决定它们的性质。例如，石墨烯片层侧面尺寸小于100nm时被称为石墨烯量子点（GQDs），其许多新的化学和物理性质都是由于量子尺寸效应和边缘效应而引起的。GQDs毒性小，稳定性高，溶解性好，光致发旋光性质稳定，生物兼容性较好，使得它们在光电伏打器械，生物传感及成像上有很大的应用前景。本文着重介绍了石墨烯量子点的制备方法以及近年来基于石墨烯量子点与分析物发生作用的不同原理，如荧光共振能量转移，化学共振能量转移及石墨烯量子点表面性质的变化等来检测分析物质，并做出了展望。 2 石墨烯量子点的制备 Fei Liu等[1]成功地用化学剥离石墨纳米颗粒的方法合成了高度均匀的GQDs和GOQDs（氧化石墨烯量子点），如图1所示。该方法获得了高产率的直径在4nm 之内的单层和圆形的GQDs和GOQDs。GOQDs的表面富含各种含氧官能团，GQDs有纯粹的sp2碳晶体结构没有含氧的缺陷，因此提供了一种理想的平台来深入研究纳米尺寸的石墨烯的光致发光的起源。通过描述GQDs和GOQDs的发旋光性质，说明了GOQDs的绿色光致发光来自于含氧官能团的缺陷状态，而GQDs的蓝色发光是由高结晶结构中的内禀态所主导的。此外，GQDs中的蓝色发射显示了一个快速的复合寿命相比于GOQDs中的绿色发射的复合寿命。相比
2014年石墨烯行业分 析报告 2014年4月
目录 一、石墨烯：近乎完美的材料 (4) 1、初识石墨烯 (4) 2、无与伦比的优点 (5) 3、石墨烯将在未来各个领域大放异彩 (6) 4、各国积极布局石墨烯研究 (8) 二、石墨烯的产业化应用前景 (10) 1、电子材料领域 (11) （1）透明导电材料：实现柔性电极、可穿戴设备、高效太阳能电池等技术的关键 (11) （2）电极材料 (15) ①锂电池负极材料：助力提升其整体续航力 (15) ②超级电容器负极材料：良好的功率特性和超快充放电速度 (17) （3）芯片材料：硅的替代者 (20) 2、散热材料领域 (24) 3、环保监测领域 (26) 4、生物医学领域 (28) 三、CVD法是最具产业化条件的石墨烯制备路径 (31) 1、机械剥离法 (32) 2、化学气相沉积法（CVD法） (32) 3、外延生长法 (33) 4、氧化还原法 (33) 四、石墨烯国内外企业产业化进展 (34) 1、国外产业化进展 (34) （1）IBM (34) （2）三星 (34) （3）东芝 (35) （4）诺基亚 (36)
2、国内产业化进展 (37) （1）国内首片15英寸单层石墨烯在渝问世 (37) （2）中国首个纯石墨烯粉末产品发布 (38) （3）全球首条石墨烯生产线项目在宁波投产 (38) 五、石墨烯相关企业简况 (39) 1、金路集团 (39) 2、力合股份 (40) 3、烯碳新材 (40) 4、中国宝安 (41) 5、华丽家族 (41) 6、乐通股份 (42) 7、中钢吉炭 (42) 8、中泰化学 (42) 六、主要风险 (42) 1、石墨烯材料产业化进程不达预期风险 (42) 2、相关上市公司研究成果不达预期风险 (42)
2020年石墨烯行业分析 调研报告 2019年12月
目录 1.石墨烯行业概况及市场分析 (5) 1.1石墨烯市场规模分析 (5) 1.2石墨烯行业结构分析 (5) 1.3石墨烯行业PEST分析 (6) 1.4石墨烯行业特征分析 (8) 1.5石墨烯行业国内外对比分析 (8) 2.石墨烯行业存在的问题分析 (10) 2.1政策体系不健全 (10) 2.2基础工作薄弱 (10) 2.3地方认识不足，激励作用有限 (10) 2.4产业结构调整进展缓慢 (10) 2.5技术相对落后 (11) 2.6隐私安全问题 (11) 2.7与用户的互动需不断增强 (12) 2.8管理效率低 (13) 2.9盈利点单一 (13) 2.10过于依赖政府，缺乏主观能动性 (14) 2.11法律风险 (14) 2.12供给不足，产业化程度较低 (14) 2.13人才问题 (15) 2.14产品质量问题 (15)
3.石墨烯行业政策环境 (16) 3.1行业政策体系趋于完善 (16) 3.2一级市场火热，国内专利不断攀升 (16) 3.3“十三五”期间石墨烯建设取得显著业绩 (17) 4.石墨烯产业发展前景 (18) 4.1中国石墨烯行业市场驱动因素分析 (18) 4.2中国石墨烯行业市场规模前景预测 (18) 4.3石墨烯进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5细分化产品将会最具优势 (19) 4.6石墨烯产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7石墨烯人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (21) 4.9建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 4.10行业发展需突破创新瓶颈 (22) 5.石墨烯行业发展趋势 (24) 5.1宏观机制升级 (24) 5.2服务模式多元化 (24) 5.3新的价格战将不可避免 (24) 5.4社会化特征增强 (24) 5.5信息化实施力度加大 (25) 5.6生态化建设进一步开放 (25)
发光石墨烯量子点的应用及未来展望 摘要 作为石墨烯家族的最新成员，石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)除了具有石墨烯优异的性能之外，还因其明显的量子限域效应和尺寸效应而展现出一系列新颖的特性，吸引了各领域科学家们的广泛关注。在这篇论文中，我们主要综述了石墨烯量子点的制备方法以及潜在应用，此外还说明了石墨烯量子点的发光机制以及对于其的展望。 关键词：石墨烯量子点，发光材料，应用 1引言 碳是地球上储量最丰富的元素之一，一次又一次得带给我们各种明星材料。1985年,克罗托、科尔和斯莫利三位科学家发现了富勒稀(C60)。1996年获得诺贝尔化学奖,这是零维碳材料的首次出现。而1991年碳纳米管的发现则成了一维碳材料的代表。1947年就开始了石墨烯的理论研究,用来描述碳基材料的性质,迄今有60多年历史。直到2004年,Novoselov和Geim (英国曼彻斯特大学教授)利用微机械剥离法使用胶带剥离石墨片,首次制得了目前最薄的二维碳材料—石墨稀,仅有一个原子厚度,2010年他们获得了诺贝尔物理奖,从此石墨稀成了物理学和材料学的热门研究对象。 石墨烯量子点(GQDs)，一种新型的量子点，当GQDs尺寸小于100 nm时，就会拥有很强的量子限制效应和边缘效应,当尺寸减小到l0nm时,这两个效应就更加显著,会产生很多有趣的现象，这也引发了广大科学家的研究兴趣。GQDs 具有特殊的结构和独特的光学性质,即有量子点的光学性质又有氧化石墨烯特殊的结构特征。GQDs的粒径大多在10 nm左右,厚度只有0.5到1.0 nm,表面含有羟基、羰基、羧基基团,使得其具有良好的水溶性。GQDs的合成方法不同,尺寸和含氧量不同,使紫外可见吸收峰位置不同。不同的合成方法使GQDs的光致发光性质不同,光致发光依赖于尺寸、激发波长、pH以及溶剂等。有些GQDs还表现了明显的上转换发光特性,GQDs不仅拥有光致发光性质还有优越的电致化学发光性能。 2合成方法 GQDs的制备方法有自上而下法(top-down)与自下而上法(bottom-up)两种。。自上而下方法是通过物理或化学将大尺寸的石墨烯片“裁剪”成小尺寸的石墨烯量子点的方法。主要包括纳米刻蚀法、水热法、电化学法、溶剂热法、化学剥离碳纤维法、微波辅助法等。这类方法步骤相对简单、产率较高，也是目前应用最多的一类方法。自下而上的方法则是以小分子为前体通过一系列溶液化学反应合成得到石墨烯量子点，这类方法可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸精确控制，但步骤繁琐而且操作过程复杂。 2.1自上而下法合成GQDs 在酸氧化石墨稀后,其碳晶格上出现一列环氧基团,这些缺陷在水热条件下很
石墨烯材料的应用 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
石墨烯材料的应用摘要：在学习了功能材料课程后，我们最终选择石墨烯最为我们的介绍材料与最终课程论文报告主题。石墨烯目前是凝聚态物理和材料科学最为活跃的研究前沿,这一非传统的二维材料展现出极好的结晶性及电学质量,它在过去短短几年内已充分显示出在理论研究和应用方面的无穷魅力.论文主要介绍石墨烯目前已经发现的具有很好应用前景的方面。虽然只有当商用产品出现时才能肯定其应用的现实性,但凭借其非同寻常的性质我们相信石墨烯将会给世界带来巨变。 关键词：石墨烯应用。 引言：自从2004年安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫这对师生用胶带分离法首次制得石墨烯后，不仅在2010年获得诺贝尔奖，还引起全球的石墨烯研究热。目前全世界有无数的科研机构与科学工作者在做相关石墨烯的理论、制备、应用方面的研究，并在电化学，功能材料，电子器件，化学吸附等方面都取得了显着地成果。虽然这些都还只是处于研究阶段，还没能应用于实际中，但就目前对石墨烯的研究表明：石墨烯的高导电、透明度高、载流子迁移率快，高比表面积、高力学强度等性质对我们的生活将会带来翻天覆地的变化，相信我们的明天会因石墨烯而更加光明。 石墨烯简介： 石墨烯就碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是单层石墨。我们日常生活所见的石墨就是多层的，所以可通过石墨来制备石墨烯。其发展历程是：
1934年朗道和佩尔斯指出准二晶体材料由于其自身的热力学不稳定，导致其在常温常压下会迅速分解。 1947年，菲利普华莱士开始研究石墨烯电子结构并指出其结构的不稳定性。1987年穆拉斯首次用“graphene”来指单层石墨片。 2004年安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫用胶带分离法制得石墨烯。 可见石墨烯的研究已经有八十左右年，但是在2004年之前，世人都认为二维结构的物质根本不稳定，所以很少有人去研究。现在发现石墨烯不仅在空气中很稳定，而且还具有非常多优良的性质。 石墨烯的应用：将分别按照其特性来介绍其应用。 极高吸附能力：由于石墨烯具有极高的比表面积，其吸附性表现的非常好，是目前已知吸附能力最高的材料。研究发现石墨烯表面进行磺酸基功能化处理,不但可以提高石墨烯的分散性,这种功能化石墨烯对萘和萘酚的吸附能力达到了每克毫摩尔,是目前吸附能力最高的材料可以用于净化水，比目前常用的活性炭效果要好很多倍，对石墨烯表面修饰其它基团对吸附有机质与重金属离子也具有非常优异的表现；在检测气体是具有很低的噪声信号，可以精确的探测单个气体分子，这也使之在化学传感器和分子探针方面有潜在的应用前景，美国科学家研究出一款只有邮票大小的石墨烯传感器，其具有对氨水和二氧化氮就有非常灵敏的吸收检测功能，可用于炸弹检测，并且可重复使用；此外在储氢方面具有比合金优良的多的性能，有望用于下一代储氢材料，这对于氢动力汽车行业来说无疑是绝好消息。极高的力学强度：其不仅力学强度高，而且密度度很小，超坚韧的如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）
中国石墨烯产业链专题调研分析报告
目录 第一节国内石墨烯技术专利分析 (3) 一、石墨烯技术仍在成长期 (3) 二、国外掌握核心专利 (8) 三、中国石墨烯专利数量领先，但布局狭窄 (10) 第二节产业顶层设计完成 (12) 一、政府支持石墨烯产业 (12) 二、石墨烯先导产业地位 (14) 三、关注“十三五”规划 (16) 第三节石墨烯产业化步伐加快 (17) 一、制备技术+规模化生产 (19) 二、石墨烯产业盈利模式 (21) 第四节企业分析 (22) 第五节附录 (25) 附录 1：国外拥有石墨烯专利数量靠前的机构组织研究方向 (25) 附录 2：《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》 (29)
第一节国内石墨烯技术专利分析 石墨烯作为一种新型纳米材料，是目前发现的唯一的二维自由态原子晶体。自发现以来，石墨烯不仅在科学界受到了极大关注，并且由于其特殊的纳米结构和优异的物化性能获得了产业界的广泛关注。本篇报告重点关注石墨烯的技术专利发展趋势、国内外相关政策以及目前国内产业化应用阶段。 图 1：石墨烯单层原子结构 数据来源：百度图片、北京欧立信咨询中心 一、石墨烯技术仍在成长期 根据全球石墨烯专利申请数量的变化，我们判断整个产业仍处于技术成长期，且技术演化趋势正由石墨烯制备工艺向具体应用领域转变。全球关于石墨烯的相关研究已有较长时间，但 2004 年前科学界普遍认为石墨烯只是假设性的结构，无法单独稳定存在，因此相关的研究局限于理论层面。2004 年英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地应用机械剥离法分离出石墨烯并获得 2010 年诺贝尔物理学奖，之后全球关于石墨烯的研究进入高速增长期。 图 2：海姆和诺沃肖洛夫为石墨烯研究做出了巨大贡献
石墨烯行业深度报告：石墨烯研发现状与产业化趋势 1、石墨烯：一种神奇的材料 石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维蜂窝晶格的碳原子，并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块，其具有最薄、最大比表面积、最硬、最抗拉等诸多史上最强性质和高性能传感器功能、类似催化剂功能等独特性质。目前主要有4种制备石墨烯的方法：微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法、氧化石墨还原法。 2、目前，质量较高的工业级石墨烯尚不能量产 3、应用领域广泛 由于其独特的物理化学性质，石墨烯在多个领域具备应用价值。其在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、显示器等传统行业和新兴行业的应用都将带来革命性进步。 4、石墨烯基础科研如火如荼 2010年之后，全球关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。目前处在研究最前沿的国家为中国、韩国、美国，主要机构为科研院所和企业。从研究领域分布看，国际上石墨烯研究热点主要在材料的导电性、导热性、石墨烯的制备研究、纳米材料研究等。 5、产业化路途漫长 由于技术障碍等因素的存在，石墨烯真正实现产业化还有很长的路要走。但是，包括中国在内的多个政府组织和科研机构仍在为实现石墨烯产业化应用持续投入，并在多领域加速布局。 6、上市公司石墨烯研究动态 我国一些上市公司已开始涉足石墨烯领域。我们根据公告进行了梳理，相关公司包括金路集团、中国宝安、烯碳新材、力合股份、中泰化学、华丽家族、乐通股份、悦达投资、康得新、方大碳素等。 7、风险提示 1、生产技术仍未突破； 2、下游大规模应用尚需时日； 3、石墨烯生产和应用成本仍然较高。 一、石墨烯定义、性质 (一)石墨烯定义
“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”发布的1号标准文件中，对石墨烯的定义如下：石墨烯是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯、和少层石墨烯的统称。 单层石墨烯是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。 双层石墨烯是指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA’堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 少层石墨烯是指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子层以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。 石墨烯发展历史。石墨烯作为当下最热门的新材料之一，其经历了如下的发展历程：
石墨烯量子点简介 1、石墨烯量子点定义 量子点（QuantumDot）是由有限数目的原子构成，属于准零维材料，即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。外观恰似球形物或者类球形，其内部电子在各个方向的运动均会受到限制，因此量子限域效应非常明显。 石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几个纳米以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性来源于石墨烯以及碳点，表现出生物低毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰。 2、石墨烯量子点制备 石墨烯量子点的合成可以看做是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充，仍旧分为：自上而下和自下而上的制备。 自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等； 自下而上的制备法则是指以小分子作前驱体通过一系列化学反应制备GQDs，主要是溶液化学法、超声波和微波法等。
3、石墨烯量子点发光机理 荧光是种光致冷发光的现象，当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或x-ray)照射，吸收光能后进入激发态，且立即退激发并发出出射光，而荧光可在吸光激发后约10^-8秒内发光，其能量小于吸光的能量。通常，若是把材料制成量子点大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与电洞（空穴）结合后就会放出光。 石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应，可表现出独特的光化学特质。石墨烯除了具有碳量子点所具有的优点外，其荧光具有激发波长依赖性。当激发波长从310nm 变成380nm时，荧光发射峰位置的相应从450nm移至510nm，光致发光强度迅速降低。 氧化石墨烯表现出宽谱的红光发射，取决于其含有的含氧官能团，而氧化石墨烯被还原之后由于含氧官能团减少以及结构的改变，主要呈现蓝光（第一性原理模拟推测其由碳空位缺陷引发）。修饰类石墨烯具有相似的规律，发光光谱主要由两部分组成：蓝光发光峰位（不移动）、长波长发光（峰位移动），相对于没有经过修饰的石墨烯，其长波长发光显著增强。由于嫁接的官能团能够提供新的激发跃迁过程，并且增强原本很弱的sp2碳原子簇尺寸效应的激发过程，使得相应的发光过程得到增强。比如，目前报道比较多的B、N、P、S掺杂等。
2020年【石墨烯】行业调 研分析报告 2020年2月
目录 1. 石墨烯行业概况及市场分析 (6) 1.1 石墨烯行业市场规模分析 (6) 1.2 石墨烯行业结构分析 (6) 1.3 石墨烯行业PEST分析 (7) 1.4 石墨烯行业发展现状分析 (9) 1.5 石墨烯行业市场运行状况分析 (10) 1.6 石墨烯行业特征分析 (11) 2. 石墨烯行业驱动政策环境 (12) 2.1 市场驱动分析 (12) 2.2 政策将会持续利好行业发展 (14) 2.3 行业政策体系趋于完善 (14) 2.4 一级市场火热，国内专利不断攀升 (15) 2.5 宏观环境下石墨烯行业的定位 (15) 2.6 “十三五”期间石墨烯建设取得显著业绩 (15) 3. 石墨烯产业发展前景 (16) 3.1 中国石墨烯行业市场规模前景预测 (17) 3.2 石墨烯进入大面积推广应用阶段 (18) 3.3 中国石墨烯行业市场增长点 (18) 3.4 细分化产品将会最具优势 (19) 3.5 石墨烯产业与互联网等产业融合发展机遇 (19) 3.6 石墨烯人才培养市场大、国际合作前景广阔 (20)
3.7 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (21) 3.8 建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 3.9 行业发展需突破创新瓶颈 (22) 4. 石墨烯行业竞争分析 (24) 4.1 石墨烯行业国内外对比分析 (24) 4.2 中国石墨烯行业品牌竞争格局分析 (26) 4.3 中国石墨烯行业竞争强度分析 (26) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (27) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (28) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (28) 5. 石墨烯行业存在的问题分析 (30) 5.1 政策体系不健全 (30) 5.2 基础工作薄弱 (30) 5.3 地方认识不足，激励作用有限 (30) 5.4 产业结构调整进展缓慢 (30) 5.5 技术相对落后 (31) 5.6 隐私安全问题 (31) 5.7 与用户的互动需不断增强 (32) 5.8 管理效率低 (32) 5.9 盈利点单一 (33) 5.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (34) 5.11 法律风险 (34)
石墨烯调研报告（石墨烯纤维） 碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。但仍存在成本高，脆性高等缺点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。 近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。本文中将对石墨烯纤维的研究现状和发展进行综述和展望。主要讨论石墨烯纤维的可控制备、功能性修饰及其在非传统器件（如柔性纤维状驱动器、机器人、马达、光伏电池和超级电容器）等方面的应用。 石墨烯纤维的制备 1.1液晶相湿法纺丝法 研究发现，可溶性氧化石墨烯片可以形成液晶相，呈现片状排列或螺旋结构，这使制备宏观石墨烯纤维成为可能。这种液晶结构能够使氧化石墨烯在足够高的浓度下分散，适合高效凝结成型。高成明等用注射器将石墨烯分散液注射到质量分数为5%的氢氧化钠/甲醇溶液中，制成了均匀的氧化石墨烯纤维。然后，采用氢碘酸化学还原的方法得到了石墨烯纤维。尽管该方法制得的纤维强度有待提升，但这种湿法纺丝法具有大规模生产石墨烯纤维的潜能。于虹等随后证明可以用氧化石墨烯悬浮液做为原料，流体纺丝后经化学还原制备石墨烯纤维，并提出了卷曲-折叠构造氧化石墨烯纤维的机理。该湿法纺丝技术促进了石墨烯与其他有机、无机材料复合纤维的多功能化发展。 湿法纺丝制得的氧化石墨烯纤维拉伸强度相对较低，这与纤维轴向的氧化石墨烯层的内部排列有关。为了解决这一问题，Tour研究组用大片氧化石墨烯（平均直径22μm）做为湿法纺丝的原料合成纤维。结果表明，这样制得的纤维拉伸模量比之前的方法高出一个数量级，纤维具有100%的高打结率。 通过改进湿法纺丝过程，Qu研究组发明了一种“双毛细管同轴纺丝法”，该方法能够连续生产形貌可控的中空石墨烯纤维。图1展示了实验装置及制备过