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石墨烯量子点是近年兴起的石墨烯材料方面的一个研究热点之一。石墨烯量子点在生物显影和能源领域有着广泛的应用前景。 本文的主要工作包括以下内容: 1.发展了一种新的石墨烯量子点制备方法。首次将Hofmann Rearrangement反应用于剪切和剥离氨水还原的氧化石墨烯制备氨基化石墨烯量子点,并采用TEM、13C NMR、TGA和FT-IR等方法对制备的石墨烯量子点进行了表征。TEM结果表明,所制备的石墨烯量子点保留了石墨烯的晶格结构;通过XPS和FT-IR证明,石墨烯量子点的表面被羟基、羧基、氨基和羰基等基团功能化;TEM和AFM结果表明,石墨烯量子点的粒径可以通过控制液溴的用量和透析来进行控制。 2.对Hofmann Rearrangement反应剪切氨水还原的氧化石墨烯的原理进行了探索,根据不同温度和液溴用量对氨基化石墨烯量子点性质的影响提出了Hofmann Rearrangement反应剪切石墨烯量子点的机理。Hofmann Rearrangement反应剪切石墨烯片的起始位点为石墨烯晶格结构边缘的氨基或者酰胺基团;剪切反应依赖于NaBrO氧化双键形成羰基后与氨基形成的酰胺基团;酰胺基团被Hofmann Rearrangement反应降解为氨基后,与氨基相连的双键被氧化继续形成酰胺基团,循环往复形成Hofmann Rearrangement反应对氨水还原的氧化石墨烯片的剪切以及剥离作用,最终将石墨烯片层剪切成为氨基化的石墨烯量子点。 3.对影响石墨烯量子点荧光性质的因素进行了探索,包括不同量子点的尺寸、改变表面官能团、不同氧化程度以及热还原等因素对于荧光性质的影响。发现量子限制效应对于氨基化石墨烯量子点的荧光发射光谱影响非常明显,本论文实验制备的平均粒径为14nm和4nm,其内在状态的荧光发射中心由430 nm发生明显的蓝移到420 nm,这点与前人的研究结果一致;采用经典的有机化学反应对氨基化的石墨烯量子点进行了表面改性,发现通过Bucherer反应得到的石墨烯量子点发生了还原,510nm区域对于氨基的荧光发射强度上升;此外,将氨基化的石墨烯量子点在氮气条件保护下经过600℃的热还原得到的产物分散到水中后,发射的荧光为半峰宽约10nm的窄峰,这种类型的石墨烯量子点目前很少被报道。