石墨烯由碳原子以六角形(类似于蜂巢)连接组成的单层平面结构。当石墨烯大小只有几纳米时，它就变成了石墨烯量子点，能表现出荧光和半导体特性。石墨烯量子点作为一种新型材料可用于各种应用，包括显示屏、太阳能电池、二次电池、生物成像、照明、光催化和传感器。人们对石墨烯量子点的兴趣正在增长，因为最近的研究表明，控制某些材料碳结构中杂原子(如氮、硫和磷)的比例可以增强它们的光学、电学和催化性能。

最近，由韩国科学技术研究院功能复合材料研究中心的Byung-Joon Moon博士和Sukang Bae博士领导的研究小组开发了一种精确控制石墨烯量子点中单个杂原子键合结构的技术，这是一种通过简单的化学反应控制形成的零维碳纳米材料，并且他们还确定了相关的反应机制。

为了控制石墨烯量子点内的杂原子掺入，研究人员之前曾研究过使用添加剂在点本身已经合成后将杂原子引入点中。然后必须进一步纯化该点，因此该方法在整个制造过程中增加了几个步骤。研究的另一种方法涉及同时使用多种有机前体(它们是点合成的主要成分)以及含有杂原子的添加剂。

然而，这些方法具有明显的缺点，包括最终产物的结晶度降低和总反应率较低，因为必须要实施那几个额外的纯化步骤。此外，为了获得具有制造商所需化学成分的量子点，必须优化各种反应条件，例如添加剂的比例等。这将不可避免地导致整个过程的持续时间和单位制造成本的增加。

传统的制造方法使用酸性前体或溶液，因此需要中和和纯化步骤。相反，该研究小组新开发的工艺在合成过程中使用被中和的弱碱性前体，这意味着该工艺的优点是生产的石墨烯量子点在准备使用之前不需要进行额外的处理。

研究小组还利用基于计算化学的计算机建模发现，石墨烯量子点合成过程中使用的溶剂会影响有机前体富马腈的氧化，富马腈也含有杂原子(氮)。这意味着溶剂类型最终决定了墨烯量子点产品的化学成分。此外，基于所使用的特定溶剂计算的有机前体的理论氧化能值经实验证明具有预测最终石墨烯量子点的大致化学成分的能力。

KIST的Sukang Bae博士说：“我们开发了一种新的平台技术，使我们能够通过单一合成过程选择性地调整杂原子的化学成分来合成石墨烯量子点，而无需使用有机前体以外的其他添加剂，例如富马腈……因为我们发现了一种无需额外后处理或纯化过程即可实现石墨烯量子点大规模合成的方法，我们能够减少整体处理时间并提高合成过程的经济可行性。”（编译:Qtech）