當大尺寸的石墨烯變為石墨烯量子點的時候，它的電子流動性是不是會變差，作為電子受體的能力是不是也會變差？

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由於量子局限效應的影響，希望能附上文獻鏈接我搜了很久沒搜到
可能是我的描述不準確，就是關於一個實驗現象，石墨烯是寬吸收的，石墨烯量子點就沒有寬吸收，而寬吸收的石墨烯相比於石墨烯量子點能跟好的猝滅熒光，但是從熒光壽命的角度講，它的壽命並沒有下降太多，紫外的表徵也表明是形成了非熒光的complex，因此機理最有可能是電子轉移，當拿石墨烯量子點做對比時，就沒有這些現象，所以才從這個角度問的問題。

謝謝邀請。

利益及背景：從事過石墨烯生長、磁性、輸運等相關的科研工作，但是偏於物理層面。未曾接觸化學製備方法，對石墨烯量子點了解不多。

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關於電子的流動性，我不太清楚這裡指的是什麼，因為這不是一個明確而嚴格的概念。我個人理解題主的意思是電子在其中運動的情況？是指量子點內還是量子點間？

先來回答第二個問題，關於它們作為電子受體的能力之比較。

作為電子受體的能力量子點確實是變差了。單個苯環的HOMO和LUMO間有高達幾個電子伏的能量差，（從苯是透明的就可以知道，該能量差大於3eV，即紫光的能量），多接受一個電子就意味著增加了很高的能量，從而變得不穩定。而稠環越多，電子共有化越明顯，能級逐漸擴展為能帶，帯隙逐漸變小，意味著體系增加一個電子後能量的改變也就小了，意味著這個體系更加易於接受電子。（當這個能量在1.5-3eV 間，正好是可見光能量的時候，就是體現不同顏色的量子點）。稠環進一步增加，能量差逐漸向紅外波段移動，這個時候材料就變成黑色的了，直至石墨烯，能隙為0，意味著其中電子激發只需要很少的能量，從而連微波都可以吸收，這就可以做雷達隱身材料了。

從量子力學最簡單的概念也可以理解。將稠環體系看做一個深度固定的勢阱。不同大小的稠環對應了不同空間尺寸的勢阱。按最最簡單的方勢阱模型，可以發現，基態和第一激發態之間的能量差隨著勢阱寬度的增加而減小。甚至不做計算，僅僅從不確定性原理也可以粗略地知道，deltaX*deltaP&<=hbar/2. 小的、局域的空間範圍意味著大的、彌散的動量分布，從而體系的能量較高。可以理解為，稠環越多、電子共有化越明顯，其運動的範圍越大，動能越小。與此同時，大的空間範圍使得其中電荷排斥能也減小了。最終的結果就是能量更低了。這一段分析很不嚴格，但是抓住了重點。利用類似思想稍加定量甚至可以推導出很多材料，例如苯環以及前幾個直鏈烷烴增加一個電子後的能量變化。具體參見《費曼物理學講義》第三卷。

從化學的角度也可以理解：可以想得極端一點，化學上，從苯，到萘，再到蒽，稠環越多芳香性越差，化學性質越活潑，說明稠環增加電子接收能力變強了（多個電子對體系影響不大）。到石墨烯的時候，其實邊界上增減基團都很隨意了。

2015-10-23

我在果殼剛好有回答這個問題。不過如果你能把 @李治林的想法結合一起就更棒了。由於量子點內的電子運動空間被局限於小於電子本身德布羅意波長的範圍內 (幾十納米量級) ，電子的波動性將成為其主要運動特徵，其經典運動規律 (粒子性)不再起作用。此時將產生一系列量子效應，如表面效應、庫侖阻塞效應、量子限制效應、共振隧穿效應、小尺寸效應以及由於碰撞電離產生多激子等。隨著量子點尺寸的減小，量子限域能增大，帶隙增寬。石墨烯的流動性依賴於電荷載流子的密度，並於電中性點時達到最大。所以，石墨烯量子點的流動性當然比石墨烯差。

但第二個提問比較複雜。Donor（施體）: 或稱 n-type dopant，可增加自由電子數目的 dopant﹔而Acceptor（受體）:或稱 p-type dopant，可增加電洞數目的 dopant。若量子點表面含有豐富的含氧官能團，因帶有負電性，可以充當電子供體﹔當加入帶正電的金屬離子後，金屬離子會充當電子受體，通過電荷轉移作用改變了量子點的電子態，從而引起熒光猝滅。但也有學者用電化學法製備出綠色熒光的量子點作為電子受體材料，將它整合到以聚三己基噻吩 (P3HT) 為基礎製備的太陽能電池上，量子點能為電荷分離提供有效界面並為電子遷移提供通路，實驗證明量子點能顯著增強電池的性能。所以量子點並不一定是電子受體。

石墨烯只在界面上有電荷轉移現象，一般所謂實務上的電荷轉移能力基本上受體與施體間的作用，通常與摻雜有關。學者以石墨烯摻雜前後的結果分析吸附氣體時發現，本徵石墨烯的吸附能與電荷轉移都較小，Pt/ Pd 原子的摻雜使吸附體系的吸附能和電荷轉移顯著增大。至於所謂量子局限效應是指越小的量子點所發出的能量越高、波長越短，則電子容易受到激發而改變能階，與空穴結合後就會放出光。