石墨烯量子点(GQDs)概述

石墨烯量子点是指石墨烯片层尺寸在100nm以内，片层层数在10层以下的一种新兴碳质荧光材料。通常来讲，石墨烯量子点包含了石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点、部分还原的氧化石墨烯量子点的一大类结构类似性能相同的碳质荧光材料及其衍生物的总称。

石墨烯量子点（GQDs）的实际应用

石墨烯量子点在生物、医药、新型半导体器件等范畴具备重要潜在应用。能实现单分子传感器，也可能催生超小型晶体管或是使用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等。

GQDs在LED中的应用

(a)以GQDs为电致发光磷光剂的LED的物理和能带结构;(b)使用原始GQD作为发射蓝光的磷光剂的LED的结构;(c-d)以GQDs为光发射器的有机发光二极管(OLED)的物理和电子结构和偏压13V的电致发光光谱;(e)GQDs作为LED的颜色转换剂。

GQDs在光电探测器中的应用

a)基于GQD敏化Si纳米线的光检测器;(b)使用大带隙GQDs的深紫外光检测器;(c)GQD/ZnO异质结作为可见光-紫外检测器;(d)使用发红光的GQD/石墨烯/BN纳米片作为光检测器，实现从紫外到近红外的宽范围的光电检测。

GQDs在催化中的应用

a)具有分子内Z-scheme结构的GQD作为光催化剂;(b)N-GQDs催化析氢反应;(c)用于催化CO2减排N-GQD/Vo-NaTaON;(d)用于催化NO氧化的GQD/N-Bi2O2CO3异质结;(e)用于光催化降解污染物的GQD/C3N4异质结;(f)基于GQD的NiCo2P2纳米催化剂，用于双功能整体水裂解;(g)GQD-铼配合物具有超低的CO2还原为CO的起始电位。

GQDs在生物治疗中的应用

(a)使用FA功能化的IR780/GQD光热疗法杀死癌细胞并根除小鼠肿瘤;

(b)使用光敏剂(Ce6)功能化GQD的光动力疗法。

石墨烯量子点(GQDs)较其它量子点的优势

“ 量子点 ”是电视和太阳能电池制造商在过去几年中一直吹嘘的东西。这些微小的半导体晶体通常由硒化镉等金属制成，并且擅长吸收不可见光并将其作为特定波长的可见光发光。量子点基本上是一种微型光盘，可以吸收紫外光，在可见光光谱中释放它，我们可以根据点的大小改变可见光谱中的颜色。

量子的作用虽然非常大，但量子点的生产是一个困难且耗能高的过程，由于存在镉，其中一些非常有毒。像三星这样的公司已经开始在他们的产品中使用更安全的替代产品，但其他几个问题仍然阻碍了它们的全部潜力 – 其中许多问题可以通过石墨烯替代来解决。

石墨烯量子点具有金属量子点所不具备的其他属性，如导电性，导热性，它比钢强200倍。由于石墨烯只是碳，所以GQDs的毒性非常低，“量子产率” – 即消耗的能量与产生的点的比率 – 要高得多。

石墨烯也更容易获得蓝调。在显示器中，金属量子点不能很好地复制蓝色，因为只有大约两纳米宽的最小点会发蓝光，使得它们制造起来非常棘手。

它们之所以成为问题的原因是因为他们太小，晶体结构不够大，无法为他们提供足够大的量子产量。蓝色金属量子点的量子产率约为4-6%，因此它们不使用蓝色量子点，它们使用蓝色LED背光源。

所有这些优点使得石墨烯量子点比它们的金属表亲更具吸引力，并且它们一般可以打开量子点的应用范围。除显示器之外，这些荧光斑点可能出现在颜料和染料，化妆品，防伪技术，电池，太阳能电池，传感器，灯光，激光，水或紫外线监测系统以及生物成像技术中。

石墨烯量子点可用于光学增白剂，特别是在现有的洗衣粉中作添加剂。石墨烯量子点是洗涤剂中广泛使用的荧光团更有效和更清洁的替代品。

石墨烯量子点制造的潜在瓶颈

石墨烯量子点的制备主要分为扩大法和缩小法(也称“自下而上”和“自上而下”法)

表1石墨烯量子点制备技术对比情况

制备方法	原理	主要技术	主要优点	主要不足
缩小法	通过简单物理化学作用，对石墨逬行热解、机械剥离，得到GQDs	水热法、剥离法、强酸氧化法、溶剂热法、电化学法、电子束辐照、臭氧法、氧气法、气热法、磁控溅射技术、辐照等	原料便宜、工艺简便、大规模制备等优点。	需特制仪器设备、生产环境苛刻，GQDs产率彳氐，制备难控制GQDs形状和尺寸不稳定等缺点。
扩大法	以多环芳香族化合物、具有芳香族环状分子的化合物等为原料，通过化学反应制成GQDs	富勒烯法、共燃法、热解碳化法、溶液化学法等	可控性比较强	要苛刻的制备条件或特殊仪器设备、操作歩骤繁琐、产品不宜提纯、量产

石墨烯量子点缩小法制备技术具备原料易得、生产工艺简单、适于规模化制备等优点，但存在控制难、产率低、产品尺寸不稳的等缺点;扩大法制备过程可控性强，但相对操作繁琐，且产品提纯困难等不足

发展与机遇

我公司的量子点项目发展背景

量子点项目开展于2017年9月，由江苏华达集团公司的技术团队对国外先进量子点技术公司和市场进行考察并于相应的国外技术团队合作引进，共同致力开发可工业化大生产工艺。在双方技术团队的合作推进下，该项目于2018年5月获得阶段性成功，同月为此成立了常州华达纳米材料科技有限公司。截止2021年1月，以稳定供给合格样品为目标，我公司现在已经完全开发出了稳定的两种量子点(GQD,RQD)的实验工艺路线。从设备，配方，工艺等方面的适应性优化调整，基本确定了国内稳定的原料供货渠道。

项目的成绩优势

目前国内外大部分公司石墨烯量子点合成工艺，目前有报道主要是有自上而下(缩小法)和自下而上(扩大法)两种方法。缩小法制备技术具备原料易得、生产工艺简单、适于规模化制备等优点，但存在控制难、产率低、产品尺寸不稳的等缺点;扩大法制备过程可控性强，但相对操作繁琐，且产品提纯困难等不足。所以相较于此，我们目前的成果显得较为有优势：

1 、我公司石墨烯量子点的主要生产工艺使用独有的原料和分散剂，在高特定的条件下进行链重排，裂解反应，生成石墨烯量子点。其原料均为工业化原料，相对便宜易得，且货源稳定，同时已与部分原料供货方达成共同开发更高品质原料的协议。

2 、特殊反应工艺的成功直接解决了因机理所限制而导致无法放大的问题，提高了单位时间的产量，且所产生的废液远低于其它公司的生产工艺。

3、反应近500℃的工况，各物料混合时间的精准控制，其它工艺生产很容易出错，导致重复性差。我们目前化反应基本有效的降低了以上风险，稳定性强。

4 、我公司独特工艺下的石墨烯量子点产品，质量稳定，且质量较高于目前欧美市场上的量子点产品。

以上的优势形成了一个我们公司特有的量子点合成工艺和原料配方，形成了独有的技术壁垒。

项目展望

目前公司量子点项目经过技术评估基本已具有大生产化可行性，我公司目前拟投产一条年产石墨烯量子点12kg,量子点材料单价在200-1000美金/g，和约131.5万-650万人民币/公斤。由于我们的石墨烯量子点品质较为高端，综合比较所以我们的年产值可达3000-4000万，利税在2500万以上。由于年产固体12公斤，所以整个工艺所涉及的原料和三废等量都不大，生产实占地面积需求小(约80平即可)，由此可操作性较强!

石墨烯量子点合成技术服务

1 我公司石墨烯量子点的主要生产工艺是以独有的原料和分散剂，在特定的工艺条件进行链重排，裂解反应，生成石墨烯量子点。其原料均为工业化原料，相对便宜易得，且货源稳定，同时已与部分原料供货方达成共同开发更高品质原料的协议。

2 特殊反应工艺的成功直接解决了因机理所限制而导致无法放大的问题，提高了单位时间的产量，且所产生的废液远低于其它公司的生产工艺。

3 反应近500℃的工况，各物料混合时间的精准控制，其它工艺生产很容易出错，导致重复性差。我们目前反应基本有效的降低了以上风险，稳定性强。

我公司独特工艺下生产出的石墨烯量子点产品，质量稳定，且质量较高于目前欧美市场上的石墨烯量子点产品。