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...

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。基于硅-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。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...

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%。关于GO...

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。...

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。氧化石墨可以通过用强氧化剂来处理石墨来制备。制造氧化石墨膜Su等人28利用氢碘...

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）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。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-500nm），另一个在红光段（600-700nm）。关于氧化石墨烯发射荧光的机理，学界仍有争论。此外，氧化石墨烯的荧光发射会随着还原的进行逐渐变化，在轻度化学还原过程中观察到GO光致发光光谱发生红移，这一发现与其他人观察到的发生蓝移的现象相矛盾。这从另一个方面说明了氧化石墨烯结构的复杂性和性质的多样性。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。新型氧化石墨增强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...

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]...

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7nm，以从水中筛分水合Na+（水合半径为0.36nm）。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种...

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。氧化石墨的结构和性质取决于合成它...

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。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...

（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...

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。氧化石墨的亲水性好，易于分散到水泥基复合材料中。济南制造...

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。氧化石墨可以用于提高环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的导热性能。常规氧化石墨粉体近年来研究者发现石墨烯由于它独...

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...

目前医学界面临的一个棘手的难题是对大面积骨组织缺损的修复。其中，干细胞***可能是一种很有前途的解决方案，但是在干细胞的移植过程中，需要可促进和增强细胞成活、附着、迁移和分化并有着良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及较低的细胞毒性，可促进成纤维细胞、成骨细胞和间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSC）的增殖和分化[82]，同时GO还可以促进多种干细胞的附着和生长，增强其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨组织再生领域及相关领域研究人员的关注，成为组织工程研究中一种很有潜力的支架材料。GO不仅可以单独作为干细胞的载体材料，还可以加...

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。松散的氧化石墨分散在碱性...

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。调控反应...

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。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。制备氧化石墨技术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...

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%。石墨烯微...

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...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。在用氧化还原法将...

在氧化石墨烯的纳米孔道中，分布着氧化区域和纳米sp2杂化碳区域，水分子在通过氧化区域时能够与含氧官能团形成氢键，从而增加了水流动阻力，而在杂化碳区域水流阻力很小。芳香碳网中形成的大多数通路被含氧官能团有效阻挡，从而分离海水中Na+和Cl-等小分子物质12,13。相比于其他纳米材料，GO为快速水输送提供了较多优越性能，如光滑无摩擦的表面，超薄的厚度和超高的机械强度，所有这些特性都提高了水的渗透性。前超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜技术，已经成功地应用到水处理的各个领域，引起越来越多的企业家和科学家的关注8-11。GO薄膜在海水淡化领域的应用主要是去除海水中的盐离子，探究GO薄膜的离子传质行为具有更为...

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...

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。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合溶液处理石墨的方法制得。附近氧化石墨增强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...

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杂化部分结...

TO具有光致亲水特性，可保证高的水流速率，在没有外部流体静压的情况下，与GO/TO情况相比，通过RGO/TO杂化膜的离子渗透率可降低至0.5%，而使用同位素标记技术测量的水渗透率可保持在原来的60%，如图8.5（d-g）所示。RGO/TO杂化膜优异的脱盐性能，表明TO对GO的光致还原作用有助于离子的有效排斥，而在紫外光照射下光诱导TO的亲水转化是保留优异的水渗透性的主要原因。这种复合薄膜制备方法简单，在水净化领域具有很好的潜在应用。。氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，厚度小。鹤岗附近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。通常可以在可见光波段观测到两个峰...

工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物，这些污染物在制药，石化，染料，农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物，如光催化，吸附和电解54-57。在这些方法中，由于吸附技术低成本，高效率和易于操作，远远优于其他技术。与传统的膜材料不同，GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制，导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明，疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。石墨、...

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。氧化石墨片层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。制备氧化石墨性能氧化石墨烯（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。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-...