Graphene oxide (GO), a functional derivative of graphene, is a promising nanomaterial for a variety of optoelectronic applications as it exhibits fluorescence and maintains many of graphene's beneficial physical properties. Although other graphene derivatives are chemically plausible and may serve to the benefit of the aforementioned applications, GO remains the one heavily used. The nature of optoelectronic properties of other graphene derivatives has yet to be fully understood and studied. In this work we develop a variety of graphene derivatives and characterize their optical properties concomitantly suggesting a unified model for optical emission in graphene derivatives. In this process we examine the influence of different functional groups on the surface of graphene on its optoelectronic properties. Mildly oxidized graphene (oxo-G1), nitrated graphene, arylated graphene, brominated graphene, and fluorinated graphene are obtained and characterized via TEM and EDX, FTIR and fluorescence spectroscopies with the latter indicating a potential band gap-derived fluorescence from each of the materials. This suggests that optical properties of graphene derivatives have minimal functional group dependence and are manifested by the localized environments within the flakes. This is confirmed by the HyperChem theoretical modeling of all aforementioned graphene derivatives indicating a similar electronic configuration for all, assessed by the PM3 semi-empirical approach. This work can further serve to describe and predict optical properties of similar graphene-based structures and promote graphene derivatives other than GO for utilization in research and industry.

中文翻译：

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石墨烯衍生物光学性质的实验和理论研究

氧化石墨烯 (GO) 是石墨烯的一种功能衍生物，是一种用于各种光电应用的有前途的纳米材料，因为它表现出荧光并保持了石墨烯的许多有益物理特性。尽管其他石墨烯衍生物在化学上是合理的，并且可能有利于上述应用，但 GO 仍然是大量使用的一种。其他石墨烯衍生物的光电特性的性质尚未得到充分理解和研究。在这项工作中，我们开发了各种石墨烯衍生物并表征了它们的光学特性，同时提出了石墨烯衍生物中光发射的统一模型。在这个过程中，我们研究了石墨烯表面不同官能团对其光电特性的影响。轻度氧化石墨烯（oxo-G1），获得硝化石墨烯、芳基化石墨烯、溴化石墨烯和氟化石墨烯，并通过 TEM 和 EDX、FTIR 和荧光光谱对其进行表征，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。芳基化石墨烯、溴化石墨烯和氟化石墨烯是通过 TEM 和 EDX、FTIR 和荧光光谱获得并表征的，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。芳基化石墨烯、溴化石墨烯和氟化石墨烯是通过 TEM 和 EDX、FTIR 和荧光光谱获得并表征的，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。通过 TEM 和 EDX、FTIR 和荧光光谱获得和表征氟化石墨烯，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。通过 TEM 和 EDX、FTIR 和荧光光谱获得和表征氟化石墨烯，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。FTIR 和荧光光谱，后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。FTIR 和荧光光谱与后者表明来自每种材料的潜在带隙衍生荧光。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。这表明石墨烯衍生物的光学特性具有最小的官能团依赖性，并由薄片内的局部环境表现出来。通过 PM3 半经验方法评估的所有上述石墨烯衍生物的 HyperChem 理论模型证实了这一点，表明所有石墨烯衍生物具有相似的电子配置。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。PM3 半经验方法评估。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。PM3 半经验方法评估。这项工作可以进一步用于描述和预测类似石墨烯基结构的光学特性，并促进除 GO 以外的石墨烯衍生物在研究和工业中的应用。