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氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關，還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。GO表面...

氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關，還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。氧化石墨...

氧化石墨烯（GO）與石墨烯的另一個區別是在吸收紫外/可見光后會發出熒光。通常可以在可見光波段觀測到兩個峰值，一個在藍光段（400-500nm），另一個在紅光段（600-700nm）。關于氧化石墨烯發射熒光的機理，學界仍有爭論。此外，氧化石墨烯的熒光發射會隨著還原的進行逐漸變化，在輕度化學還原過程中觀察到GO光致發光光譜發生紅移，這一發現與其他人觀察到的發生藍移的現象相矛盾。這從另一個方面說明了氧化石墨烯結構的復雜性和性質的多樣性。GO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。河北綠色氧化石墨隨著材料領域的擴張，人們對于材料的功能性需求更為嚴苛，迫切需要在...

解決GO在不同介質中的解理和分散等問題是實現GO廣泛應用的重要前提。此外，不同的應用體系往往要不同的功能體現和界面結合等特征，故而要經常對GO表面進行修飾改性。GO本身含有豐富的含氧官能團，也可在GO表面引入其他功能基團，或者利用GO之間和GO與其它物質間的共價鍵或非共價鍵作用進行化學反應接枝其他官能團。由于GO結構的不確定性，以上均屬于一大類復雜的GO化學，導致采用化學方式對GO進行修飾與改性機理復雜化，很難得到結構單一的產品。盡管面臨諸多難以解釋清楚的問題，但是對GO復合材料優異性能的期望使得非常必要總結對GO進行修飾改性的常用方法和技術，同時也是氧化石墨烯相關材料應用能否實現穩定、可控規...

氧化石墨烯（GO）在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質，同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性，為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6]，其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（RGO）應用于光電傳感，主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時，利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質，作為電子受體材料時，利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）的電學性質已經有了比較詳細的論述，本章在介紹其在光電領域的應用之前，首...

光學材料的某些非線性性質是實現高性能集成光子器件的關鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開關，信號再生，超快通信都離不開它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結構的材料是眾多的光學科研工作者的夢想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區域的GO材料在高激發強度下可以出現飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應歸因于在SP3結構域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有...

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合，如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題，即將上述藥物負載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用力，使GO之間很容易在不同體系中發生團聚。寧波附近氧化石墨...

氧化石墨烯經還原處理后，對于提高其導電性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以應用于對于導電性、導熱性等要求更高的應用中。在還原過程，含氧官能團的去除和控制過程本身也可成為石墨烯改性的一種方式，根據還原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和應用場景。例如，通過熱還原方式得到的還原氧化石墨烯結構、形貌、組分可通過還原條件進行適當的調控。Dou等1人介紹了在氬氣流下在1100-2000°C的溫度范圍內進行熱處理得到的石墨烯結構和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉體材料的表面積增加至超過起始前驅體材料四倍，對氧化石墨烯進行熱還原處理提高了氧化石墨烯的熱學性能，賦予了氧化石墨烯材料熱管理方面的應用。GO的摻...

氧化石墨烯經還原處理后，對于提高其導電性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以應用于對于導電性、導熱性等要求更高的應用中。在還原過程，含氧官能團的去除和控制過程本身也可成為石墨烯改性的一種方式，根據還原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和應用場景。例如，通過熱還原方式得到的還原氧化石墨烯結構、形貌、組分可通過還原條件進行適當的調控。Dou等1人介紹了在氬氣流下在1100-2000°C的溫度范圍內進行熱處理得到的石墨烯結構和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉體材料的表面積增加至超過起始前驅體材料四倍，對氧化石墨烯進行熱還原處理提高了氧化石墨烯的熱學性能，賦予了氧化石墨烯材料熱管理方面的應用。氧化石墨...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團，在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷，由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面；相反的，如果水中pH等環境因素發生變化，氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷，則與金屬離子產生靜電斥力，二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關，其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明，在pH＞pHpzc時（pHpzc=3.8），GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電，可有效吸附鈾離子U(VI)，其吸附量可達到1330mg/g。氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子。北京開發氧化石墨與石墨烯量子點類似...

在推動以氧化石墨烯為載體的新藥進入臨床試驗前，勢必會面臨諸多挑戰：（1）優化氧化石墨烯的制備方法及生產工藝，使其具有可重復性，并能精確控制氧化石墨烯的尺寸和質量；（2）比較好使用劑量的摸索，找到以氧化石墨烯為載體的***療效和毒性之間的平衡點；（3）其他表面修飾劑的開發，需具有良好生物相容性且修飾后的氧化石墨烯能在短時間內被生物體***；（4）毒理學方法的進一步規范，系統闡明以氧化石墨烯為載體***的潛在毒性；（5）體內外模型的建立，***評價氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地轉化到臨床。此外，以氧化石墨烯為載體的***在大規模工業化生產和應用時，還需考慮到對人體和環境的不利影響，是否...

在推動以氧化石墨烯為載體的新藥進入臨床試驗前，勢必會面臨諸多挑戰：（1）優化氧化石墨烯的制備方法及生產工藝，使其具有可重復性，并能精確控制氧化石墨烯的尺寸和質量；（2）比較好使用劑量的摸索，找到以氧化石墨烯為載體的***療效和毒性之間的平衡點；（3）其他表面修飾劑的開發，需具有良好生物相容性且修飾后的氧化石墨烯能在短時間內被生物體***；（4）毒理學方法的進一步規范，系統闡明以氧化石墨烯為載體***的潛在毒性；（5）體內外模型的建立，***評價氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地轉化到臨床。此外，以氧化石墨烯為載體的***在大規模工業化生產和應用時，還需考慮到對人體和環境的不利影響，是否...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。石墨烯在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數。哪里有氧化石墨...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分結...

RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度對探測性能有***影響，隨著氧化石墨烯還原程度的提高，探測器的響應率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基礎上，研究者開始嘗試使用還原氧化石墨烯制備類似結構的光電探測器。對于RGO-Si器件，帶間光子躍遷以及界面處的表面電荷積累，是影響光響應的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]將氧化石墨烯分散液滴涂在硅線陣列上，而后通過熱處理對氧化石墨烯進行熱還原，制得了硅納米線陣列(SiNW)-RGO異質結的室溫超寬譜光探測器。該探測器在室溫下，***實現了從可見光(532nm)...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的濃度...

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制中對...

氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性，廣義而言，其自身已經可以作為一種傳感材料，在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用，特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器（MGPD）[2]，如圖9.6，以1-3層石墨烯作為有源層，Ti/Pd/Au作源漏電極，Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

氧化石墨烯（GO）的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體，在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現出明顯的π-π*和n-π*躍遷，而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達到2.3%這一...

在推動以氧化石墨烯為載體的新藥進入臨床試驗前，勢必會面臨諸多挑戰：（1）優化氧化石墨烯的制備方法及生產工藝，使其具有可重復性，并能精確控制氧化石墨烯的尺寸和質量；（2）比較好使用劑量的摸索，找到以氧化石墨烯為載體的***療效和毒性之間的平衡點；（3）其他表面修飾劑的開發，需具有良好生物相容性且修飾后的氧化石墨烯能在短時間內被生物體***；（4）毒理學方法的進一步規范，系統闡明以氧化石墨烯為載體***的潛在毒性；（5）體內外模型的建立，***評價氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地轉化到臨床。此外，以氧化石墨烯為載體的***在大規模工業化生產和應用時，還需考慮到對人體和環境的不利影響，是否...

GO膜在水處理中的分離機理尚存在諸多爭議。一種觀點認為通過尺寸篩分以及帶電的目標分離物與納米孔之間的靜電排斥機理實現分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構成：1）氧化石墨烯分離膜中不規則褶皺結構形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結構缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認為干態下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子。制備氧化石墨型號氧化石墨烯（GO）與石墨烯的另一個區別是在吸收紫外/可見光后會發出熒光。通常可以在可見光波...

在光通信領域，徐等人開發了飛秒氧化石墨烯鎖模摻鉺光纖激光器，與基于石墨烯的可飽和吸收體相比，具有性能有所提升，并且具有易于制造的優點[95]，這是GO/RGO在與光纖結合應用**早的報道之一。在傳感領域，Sridevi等提出了一種基于腐蝕布拉格光柵光纖（FBG）外加GO涂層的高靈敏、高精度生化傳感器，該方法在檢測刀豆球蛋白A中進行了試驗[96]。為了探索光纖技術和GO特性結合的優點，文獻[97]介紹了不同的GO涂層在光纖樣品上應用的特點，還分析了在傾斜布拉格光柵光纖FBG（TFBG）表面增加GO涂層對折射率（RI）變化的影響，論證了這種構型對新傳感器的發展的適用性。圖9.14給出了歸一化的折射...

在氧化石墨烯的納米孔道中，分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域，水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵，從而增加了水流動阻力，而在雜化碳區域水流阻力很小。芳香碳網中形成的大多數通路被含氧官能團有效阻擋，從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質12,13。相比于其他納米材料，GO為快速水輸送提供了較多優越性能，如光滑無摩擦的表面，超薄的厚度和超高的機械強度，所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術，已經成功地應用到水處理的各個領域，引起越來越多的企業家和科學家的關注8-11。GO薄膜在海水淡化領域的應用主要是去除海水中的鹽離子，探究GO薄膜的離子傳質行為具有更為...

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子，可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應，生成不溶于水的絡合物，從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料（EDTA-GO），通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應，即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物，具體過程如圖8.7所示，由于形成的絡合物不溶于水，可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基)，在水溶液中容易分散。附近氧化石墨型號氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，...

石墨烯是一種在光子和光電子領域十分有吸引力的材料，與別的材料相比有很多優點[1]。作為一種零帶隙材料，石墨烯的光響應譜覆蓋了從紫外到THz范圍；同時，石墨烯在室溫下就有著驚人的電子輸運速度，這使得光子或者等離子體轉換為電流或電壓的速度極快；石墨烯的低耗散率以及可以把電磁場能量限定在一定區域內的性質，帶來了很強的光與石墨烯相互作用。雖然還原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中觀測到的電子輸運效應以及其它一些凝聚態物質效應，但其易于規模化制備、性質可調等優異特性，使其在傳感檢測領域展現出極大的應用前景。氧化石墨的結構和性質取決于合成它的方法。哪里有氧化石墨濾餅在氧化石墨烯的納米孔道中，分布著氧化區...

多層氧化石墨烯（GO）膜在不同pH水平下去除水中有機物質的系統性能評價和機理研究。該研究采用逐層組裝法制備了PAH/GO雙層膜，對典型單價離子（Na+，Cl-）和多價離子（SO42-，Mg2+）以及有機染料（亞甲藍MB，羅丹明R-WT）和藥物和個人護理品（三氯生TCS，三氯二苯脲TCC）在反滲透膜系統中通過GO膜的行為進行研究。結果發現，在pH=7時，無論其電荷、尺寸或疏水性質如何，GO膜能夠高效去除多價陽離子/陰離子和有機物，但對于單價離子的去除率較低。傳統的納濾膜通常帶負電，且只能去除帶有負電荷的多價離子和有機物。隨著pH的變化，GO膜的關鍵性質（例如電荷，層間距）發生***變化，導致不同...

在光通信領域，徐等人開發了飛秒氧化石墨烯鎖模摻鉺光纖激光器，與基于石墨烯的可飽和吸收體相比，具有性能有所提升，并且具有易于制造的優點[95]，這是GO/RGO在與光纖結合應用**早的報道之一。在傳感領域，Sridevi等提出了一種基于腐蝕布拉格光柵光纖（FBG）外加GO涂層的高靈敏、高精度生化傳感器，該方法在檢測刀豆球蛋白A中進行了試驗[96]。為了探索光纖技術和GO特性結合的優點，文獻[97]介紹了不同的GO涂層在光纖樣品上應用的特點，還分析了在傾斜布拉格光柵光纖FBG（TFBG）表面增加GO涂層對折射率（RI）變化的影響，論證了這種構型對新傳感器的發展的適用性。圖9.14給出了歸一化的折射...

氧化石墨烯經還原處理后，對于提高其導電性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以應用于對于導電性、導熱性等要求更高的應用中。在還原過程，含氧官能團的去除和控制過程本身也可成為石墨烯改性的一種方式，根據還原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和應用場景。例如，通過熱還原方式得到的還原氧化石墨烯結構、形貌、組分可通過還原條件進行適當的調控。Dou等1人介紹了在氬氣流下在1100-2000°C的溫度范圍內進行熱處理得到的石墨烯結構和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉體材料的表面積增加至超過起始前驅體材料四倍，對氧化石墨烯進行熱還原處理提高了氧化石墨烯的熱學性能，賦予了氧化石墨烯材料熱管理方面的應用。石墨烯具...

氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環氧基、羰基等親水性的活性基團，且片層間距較大，使得氧化石墨烯具有超大比表面積和***的離子交換能力。GO的結構與水通蛋白相類似，而蛋白質本身具有優異的離子識別功能，由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸等領域可能具有潛在的應用價值1-3。GO經過超聲可以穩定地分散在水中，再通過傳統成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后，GO微片可呈現肉眼可見的層狀薄膜堆疊，在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。除此之外，GO由于片層間存在較強的氫鍵，力學性能優異，易脫離基底而**存在。基于GO薄膜制備方法簡單、成本低、高通透性和高選擇性等優點，其在水凈化...

Su等人28利用氫碘酸和抗壞血酸對PET基底上的多層氧化石墨烯薄膜進行化學還原，得到30nm厚的RGO薄膜，并測試了其滲透性能。實驗發現，對He原子和水分子完全不能透過。而厚度超過100nm的RGO薄膜對幾乎所有氣體、液體和腐蝕性化學試劑（如HF）是高度不可滲透的。特殊的阻隔性能歸因于石墨烯層壓板的高度石墨化和在還原過程中幾乎沒有結構損壞。與此結果相反，Liu等人29已經證明了通過HI蒸氣和水輔助分層制備**式超薄rGO膜的簡便且可重復的方法，利用rGO膜的毛細管力和疏水性，通過水實現**終的分層。采用真空抽濾在微孔濾膜基底上制備厚度低至20nm的**式rGO薄膜。氧化石墨烯的表面官能團與水中...