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。氧化石墨是由牛津大学的化...

Su等人28利用氢碘酸和抗坏血酸对PET基底上的多层氧化石墨烯薄膜进行化学还原，得到30nm厚的RGO薄膜，并测试了其渗透性能。实验发现，对He原子和水分子完全不能透过。而厚度超过100nm的RGO薄膜对几乎所有气体、液体和腐蚀性化学试剂（如HF）是高度不可渗透的。特殊的阻隔性能归因于石墨烯层压板的高度石墨化和在还原过程中几乎没有结构损坏。与此结果相反，Liu等人29已经证明了通过HI蒸气和水辅助分层制备**式超薄rGO膜的简便且可重复的方法，利用rGO膜的毛细管力和疏水性，通过水实现**终的分层。采用真空抽滤在微孔滤膜基底上制备厚度低至20nm的**式rGO薄膜。修复石墨烯片层上的缺陷，可以...

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。氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质...

氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似，而蛋白质本身具有优异的离子识别功能，由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中，再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后，GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠，在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。 除此之外，GO由于片层间存在较强的氢键，力学性能优异，易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，其在水净...

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能团含有孤对电子，可作为配位体与具有空的价电子轨道的金属离子发生络合反应，生成不溶于水的络合物，从而有效去除溶液中的金属离子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯复合材料（EDTA-GO），通过研究发现其对金属离子的吸附机制主要为络合反应，即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，具体过程如图8.7所示，由于形成的络合物不溶于水，可通过沉淀等作用分离去除水中的金属离子。氧化石墨能够应用在交通运输、建筑材料、能量存储与转化等领域。单层氧化石墨销售厂由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以...

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...

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换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电、隔热或导热等方面的特殊要求。新型氧化石墨粉体TO具有光致亲水特性，可保证高的水流速率，在没...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。常州第六元素公司可以生产多个型号...

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。GO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...

光学材料的某些非线性性质是实现高性能集成光子器件的关键。光子芯片的许多重要功能，如全光开关，信号再生，超快通信都离不开它。找寻一种具有超高三阶非线性，并且易于加工各种功能性微纳结构的材料是众多的光学科研工作者的梦想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探针光谱表明，重度功能化的具有较大SP3区域的GO材料在高激发强度下可以出现饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，这种效应归因于在SP3结构域的光子中存在较大的带隙。相反，在具有较小带隙的SP2域中的*出现单光子吸收。石墨烯在飞秒脉冲激发下具有饱和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下为饱和吸收，高能量下则具有...

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...

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...

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3 nm。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。呼和浩特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...

多层氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有机物质的系统性能评价和机理研究。该研究采用逐层组装法制备了PAH/GO双层膜，对典型单价离子（Na+，Cl-）和多价离子（SO42-，Mg2+）以及有机染料（亚甲蓝MB，罗丹明R-WT）和药物和个人护理品（三氯生TCS，三氯二苯脲TCC）在反渗透膜系统中通过GO膜的行为进行研究。结果发现，在pH=7时，无论其电荷、尺寸或疏水性质如何，GO膜能够高效去除多价阳离子/阴离子和有机物，但对于单价离子的去除率较低。传统的纳滤膜通常带负电，且只能去除带有负电荷的多价离子和有机物。随着pH的变化，GO膜的关键性质（例如电荷，层间距）发生***变化，导致不同...

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...

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...

配体交换作用即：氧化石墨烯上原有的配位体被溶液中的金属离子所取代，并以配位键的形式生成不溶于水的配合物，**终通过简单的过滤即可从溶液中去除。Tang等47对Fe与GO（质量比为1：7.5）复合及Fe与Mn（摩尔比为3∶1）复合的氧化石墨烯/铁-锰复合材料（GO/Fe-Mn）进行了吸附研究，通过一系列的实验表明，氧化石墨烯对Hg2+的吸附机理主要是配体交换作用，其比较大吸附量达到32.9mg/g。Hg2+可在水环境中形成Hg(OH)2，与铁锰氧化物中的活性点位（如-OH）发生配体交换作用，从而将Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/铁-锰复合材料上，达到去除水环境中Hg2+的目的。氧化石墨烯经一定功...

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)...

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。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厚度的片段。呼和浩特常规氧化石墨由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的...

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...

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...

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3 nm。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。制造氧化石墨生产企业尽管氧化石墨烯自身可以发射荧光，但有趣的是它...

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]...

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1.0～1.6 um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。石墨烯微片的缺陷有时使...

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*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。氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。单层氧化石墨增强当前社会的快速发展造成了严重的重金属离子污...

随着材料领域的扩张，人们对于材料的功能性需求更为严苛，迫切需要在交通运输、建筑材料、能量存储与转化等领域应用性质更加优良的材料出现，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，作为前驱体的GO以其灵活的物理化学性质、可规模化制备的特点更成为应用基础研究的热电。虽然GO具有诸多特性，但是由于范德华作用以及π-π作用等强相互作用力，使GO之间很容易在不同体系中发生团聚，其在纳米尺度上表现的优异性能随着GO片层的聚集***的降低直至消失，极大地阻碍了GO的进一步应用。关于GO与水泥基复合材料的作用机制，研究者也有不同的观点，目前仍没有定论。应该怎么做氧化石墨性能GO在生理学环...

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]...

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。修复石墨烯片层上的缺陷，可以提高石墨烯微片的碳含量和在导电、导热等方面的性能。单层氧化石墨生产厂家氧化石墨烯（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...

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。关于GO与水泥基复合材料的作用机制，研究者也有不同的观点，目前仍没有定论。多...

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换氧化石墨可以通过用强氧化剂来处理石墨来制备。呼和浩特关于氧化石墨氧化石墨烯（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...