Sulfur-doped graphene quantum dots (S-GQDs) with stable blue-green fluorescence were synthesized by one-step electrolysis of graphite in sodium p-toluenesulfonate aqueous solution. Compared with GQDs, the S-GQDs drastically improved the electronic properties and surface chemical reactivities, which exhibited a sensitive response to Fe(3+). Therefore, the S-GQDs were used as an efficient fluorescent probe for highly selective detection of Fe(3+). Upon increasing of Fe(3+) concentration ranging from 0.01 to 0.70 μM, the fluorescence intensity of S-GQDs gradually decreased and reached a plateau at 0.90 μM. The difference in the fluorescence intensity of S-GQDs before and after adding Fe(3+) was proportional to the concentration of Fe(3+), and the calibration curve displayed linear regions over the range of 0-0.70 μM. The detection limit was 4.2 nM. Finally, this novel fluorescent probe was successfully applied to the direct analysis of Fe(3+) in human serum, which presents potential applications in clinical diagnosis and may open a new way to the design of effective fluorescence probes for other biologically related targets.

Abstract Graphene‐based metal oxides generally show outstanding electrochemical performance due to the superior properties of graphene. However, the aggregation of active metal oxide nanoparticles on the graphene surface may result in a capacity fading and poor cycle performance. Here, a mesostructured graphene‐based SnO 2 composite is prepared through in situ growth of SnO 2 particles on the graphene surface using cetyltrimethylammonium bromide as the structure‐directing agent. This novel mesoporous composite inherits the advantages of graphene nanosheets and mesoporous materials and exhibits higher reversible capacity, better cycle performance, and better rate capability compared to pure mesoporous SnO 2 and graphene‐based nonporous SnO 2 . It is concluded that the synergetic effect between graphene and mesostructure benefits the improvement of the electrochemical properties of the hybrid composites. This facile method may offer an attractive alternative approach for preparation of the graphene‐based mesoporous composites as high‐ performance electrodes for lithium‐ion batteries.

Hexagonal close-packed Ni (h-Ni) nanocrystals and face-centered cubic Ni (c-Ni) nanoflowers with uniform size and high dispersion have been successfully assembled on graphene nanosheets (GN) via a facile one-step solution-phase strategy under different reaction conditions, where the reduction process of graphite oxide (GO) sheets into GN was accompanied by the generation of Ni nanocrystals. The reduction of GO by this method is effective, which was confirmed by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopy and is comparable to conventional methods. The phase and morphology of nickel can be easily tuned by varying the reaction temperature and solvent. It was shown that the as-formed h-Ni nanocrystals with a diameter as small as 3 nm are grown densely and uniformly on the graphene sheets, and as a result the aggregation of the h-Ni nanocrystals was effectively prevented. In addition, c-Ni nanospheres assembled by c-Ni nanocrystals with a size of 15 nm were also uniformly deposited on the graphene sheets. The investigation of the microwave absorbability reveals that the three Ni/GN nanocomposites exhibit excellent microwave absorbability, which is stronger than the corresponding Ni nanostructures.

It is critically important to develop actuator systems for diverse needs ranging from robots and sensors to memory chips. The advancement of mechanical actuators depends on the development of new materials and rational structure design. In this study, we have developed a novel graphene electrochemical actuator based on a rationally designed monolithic graphene film with asymmetrically modified surfaces. Hexane and O2 plasma treatment were applied to the opposite sides of graphene film to induce the asymmetrical surface properties and hence asymmetrical electrochemical responses, responsible for actuation behaviors. The newly designed graphene actuator demonstrated here opens a new way for actuator fabrication and shows the potential of graphene film for applications in various electromechanical systems.

It is very challenging to introduce azaborine into an electron-deficient arene system because of unfavorable intramolecular electrophilic borylation reaction. In this report, we adopted a straightforward methodology to construct a large BN-embedded π-system based on perylene diimide (PDI), which is the first BN-annulation example with highly electron-withdrawing polycyclic aromatic hydrocarbons. The physical properties of the as-prepared N,N-dicyclohexyl-1-aza-12-bora-benzoperylene diimide (PDI-1BN) have been fully studied, and its sensing behavior to fluoride ion as well as its OLED performance was also investigated.

Conjugated backbones play a fundamental role in determining the electronic properties of organic semiconductors. On the basis of two solution-processable dihydropyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diylidenebis(thieno[3,2-b]thiophene) derivatives with aromatic and quinoid structures, we have carried out a systematic study of the relationship between the conjugated-backbone structure and the thermoelectric properties. In particular, a combination of UV–vis–NIR spectra, photoemission spectroscopy, and doping optimization are utilized to probe the interplay between energy levels, chemical doping, and thermoelectric performance. We found that a moderate change in the conjugated backbone leads to varied doping mechanisms and contributes to dramatic changes in the thermoelectric performance. Notably, the chemically doped A-DCV-DPPTT, a small molecule with aromatic structure, exhibits an electrical conductivity of 5.3 S cm–1 and a high power factor (PF373 K) up to 236 μW m–1 K–2, which is 50 times higher than that of Q-DCM-DPPTT with a quinoid structure. More importantly, the low thermal conductivity enables A-DCV-DPPTT to possess a figure of merit (ZT) of 0.23 ± 0.03, which is the highest value reported to date for thermoelectric materials based on organic small molecules. These results demonstrate that the modulation of the conjugated backbone represents a powerful strategy for tuning the electronic structure and mobility of organic semiconductors toward a maximum thermoelectric performance.

Developing metal-free catalysts with high catalytic activity for oxygen evolution reaction (OER) is essentially important for energy and environment-related techniques. Compared with individual element doping, doping carbon materials with multiple heteroelements has more advantages for enhancing the OER performance. However, doped sites for the different atoms are highly uncontrollable under the reported methods, which hinder the deeper understanding on the relationship between structure and property, and also limit the enhancement of catalytic activity. Our latest research has reported a method to site-controlled introducing a new form of nitrogen atoms, i.e. sp-hybridized nitrogen (sp-N), into graphdiyne, showing its potential advantages in OER catalysis. Since the sites of sp-N atoms are defined in graphdiyne, and the doping sites for S atoms are well understood, the relative position between N and S can be further defined. It gives us a chance to understand deeply the mechanism in the N, S heteroelements doped metal-free catalyst. Experimental results present that the codoping of sp-N and S atoms brought an excellent OER performance with low overpotential and high current density owning to the effectively synergistic effect of the stereodefined heteroatoms.

The IR780 iodide (IR780) is recognized as an effective theranostic agent for simultaneous near-infrared fluorescence imaging and photothermal therapy (PTT). However, the rigid chloro-cyclohexenyl ring makes IR780 insoluble in almost all pharmaceutically acceptable solvents, which inevitably limits its clinical application. We report folic acid (FA)-functionalized graphene quantum dots (GQDs-FA) containing a large and intact sp2 domain with carboxyl groups around the edge. Such GQDs-FA possess exceptionally high loading capacity for IR780 via strong π-π stacking interactions, and the water solubility of IR780 is improved by over 2400-fold after loading onto GQDs-FA (IR780/GQDs-FA). IR780/GQDs-FA with an improved photostability, an enhanced tumor-targeting ability, and a high photothermal conversion efficiency of 87.9% were capable of producing sufficient hyperthermia to effectively kill cancer cells and completely eradicate tumors upon 808 nm laser irradiation. The present IR780/GQDs-FA may open up great opportunities for the effective PTT to treat cancer.