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石墨烯量子點奈米複合材料於生物感測器、超級電容與電容脫鹽的應用

為了解決Coleman COCOON III的問題，作者溥儀那 這樣論述：

近年來，石墨烯量子點（GQD）作為新穎零維度的奈米材料備受關注，相較於現今應用之材料，其螢光反應及電化學特性具有更好的優勢及表現。GQD獨特性質包含小尺寸、高度生物相容性、光穩定性、強電活性和大比表面積，使其成為適合多種應用層面的最佳選擇。然而，應用GQD材料領域尚處於初發展階段，因此仍然充滿各種挑戰及可能性。利用GQD作為基底的奈米複合材料，由於其獨特的物理化學性質和優異的生物相容性，已於各種研究應用中成為首屈一指的焦點，特別是在能量儲存和生物醫學相關的領域。雖然目前許多奈米複合材料已透過高階技術進行改質優化，但是秉持簡單與成本低的途徑發展優異性能之能源裝置及生物感測器的奈米材料始終是一大

挑戰。本論文的重點是以GQD作為基底的奈米複合材料發展生物感測器和超級電容之應用。根據各應用的需求，石墨烯量子點表面的雜原子摻雜、官能基的修飾，以及將GQD與金屬氧化物如V2O5和HNT結合形成之奈米複合物，已經在本研究當中透過簡單的共價和電化學反應表現。透過電化學的特性可發現，對於其它組合相比，利用金屬氧化物為基底的奈米複合材料可以改進GQD的表現。對於生物感測器的應用，摻氮石墨烯量子點（N-GQDs）與β-環糊精（β-CD @ N-GQDs）共價連接，並使用二茂鐵（FC）作為氧化還原指示劑，檢測線性濃度範圍在0.5 - 100μM之間，檢測限制為80 nM。另外，氮、硫共摻石墨烯量子點（N

，S-GQDs）和金-聚苯胺（Au-PANI）陸陸續續被開發合成。在本研究中我們透過自組裝的方法製備以N，S-GQDs修飾的Au-PANI（N，S-GQDs @ Au-PANI）。這種新型奈米複合材料N，S-GQDs @ Au-PANI被用來製備用於檢測CEA的阻抗型免疫感測器，線性範圍為0.5〜1000 ng mL-1，檢測下限為0.01 ng mL-1。在另一項研究中，使用N-GQD（熒光探針）和V2O5奈米片(fluorescence nano-quencher and cysteine recognizer)在0.1 - 125μM的範圍內開發了半胱氨酸(cysteine)的熒光關閉檢

測(fluorescence turn off-on detection)，檢測限為50 nM。所有開發用於測定膽固醇、CEA和cysteine的感測器都表現出高度選擇性，並且成功地應用於加標人血清樣品中，回收率極好。除此之外，GQD @ HNT奈米複合材料具有30 - 50 W h kg-1和0.23 - 10.12 kW kg-1的優異能量與功率密度，並具有363 F g-1的高比電容。另外N-GQD @ Fe3O4-HNT的高比電容（418 F g-1）和良好的能量密度（42.1 - 58.1 W h kg-1）。而 N-GQDs @ HNT於電吸附效果優異的表現及施加電壓1.2V時電吸

附電容和對鈉離子去除的高穩定性其，比電吸附容量（SEC）分別為20.05和mgg-1。總結來說，本研究中所獲得的結果清楚地表明以GQD為基底的奈米複合材料，在作為用於生物醫學應用中的生物分子監測與診斷的潛在材料，並應用於製造優異性能的超級電容器設備和電容去離子化的材料，都有非常良好的結果。