Графенв настоящее время является одним из самых популярных материалов для исследований. Он обладает множеством превосходных характеристик, таких как высокая проводимость, высокая теплопроводность, хорошие механические свойства и т. д. В последнее время широкое внимание также привлекли квантовые точки из графена. Квантовые точки графена считаются важными материалами для следующего поколения оптических, электрических устройств и устройств хранения энергии и привлекают внимание благодаря своим превосходным эксплуатационным преимуществам в различных приложениях. В этой статье будут представлены свойства, синтез и применение графеновых квантовых точек.
1. Производительностьграфеновые квантовые точки
Графеновые квантовые точки — это новый тип углеродного материала, диаметр которого обычно составляет менее 10 нанометров. По сравнению с традиционными полупроводниковыми квантовыми точками графеновые квантовые точки имеют следующие преимущества:
(1) Возможность регулировки размера: квантовые точки графена имеют регулируемый диаметр. Это позволяет квантовым точкам графена проявлять различные свойства и функции в различных приложениях.
(2) Высокие оптоэлектронные характеристики: зонная структура графеновых квантовых точек наделяет их превосходными оптическими и электрическими свойствами.
(3) Хорошая стабильность: на поверхности графеновых квантовых точек имеется множество функциональных групп, которые могут стабилизировать химические свойства их поверхности.
2. Синтез квантовых точек графена.
Существует два метода получения графеновых квантовых точек: сверху вниз и снизу вверх.
Синтез сверху вниз
Подход «сверху вниз» относится к физическому или химическому травлению крупногабаритных материалов в наноразмерные графеновые квантовые точки, которые можно получить с помощью термического, электрохимического и химического отшелушивания в растворителе.
Термический метод растворителя является одним из многих методов получения графеновых квантовых точек, и его процесс можно разделить на три этапа: во-первых, окисленный графен восстанавливается до графеновых нанолистов при высокой температуре в вакуумном состоянии; Окислить и разрезать нанолисты графена в концентрированной серной и концентрированной азотной кислоте; Наконец, окисленные нанолисты графена восстанавливаются в термической среде растворителя с образованием графеновых квантовых точек.
Процесс электрохимического приготовления графеновых квантовых точек можно разделить на три этапа: этап — индукционный период, когда графит вот-вот отслоится и образует графен, а цвет электролита начинает меняться от бесцветного к желтому, а затем к темному. коричневый; Второй этап – значительное расширение графита в аноде; Третья стадия – когда чешуйки графита отслоились от анода и вместе с электролитом образовали черный раствор. На втором и третьем этапах на дне стакана обнаруживался осадок. В электрохимических реакциях происходит взаимодействие воды и анионов в ионных жидкостях, поэтому форму и распределение продуктов по размерам можно регулировать, изменяя соотношение воды и ионных жидкостей. Размер квантовых точек, приготовленных из электролитов с высокой концентрацией ионов, больше, чем из электролитов с низкой концентрацией.
Принцип химического отшелушивания углеродных волокон заключается в отслаивании источника углерода слой за слоем посредством химических реакций с получением графеновых квантовых точек. Пэн и др. использовали углеродные волокна на основе смолы в качестве источника углерода, а затем удаляли графит, уложенный в волокна, посредством обработки кислотой. Квантовые точки графена можно получить всего за один этап, но размеры их частиц неравномерны.
Синтез снизу вверх
Подход «снизу вверх» относится к приготовлению квантовых точек графена с использованием более мелких структурных единиц в качестве предшественников посредством ряда сил взаимодействия, в основном с помощью таких способов подготовки, как химия растворов, ультразвук и микроволновые методы.
Метод химии раствора в основном используется для получения квантовых точек графена с помощью метода химии растворенной фазы конденсации окисления арил. Процесс синтеза включает в себя постепенную реакцию конденсации низкомолекулярных полимеров (3-йод-4-броманилина или других производных бензола) для получения дендритных предшественников полистирола, за которой следует реакция окисления для получения графеновых групп и, наконец, травление для получения графеновых квантовых точек.
Принцип микроволнового излучения использует сахара (такие как глюкоза, фруктоза и т. д.) в качестве источников углерода, поскольку после дегидратации сахара могут образовывать C=C, который может образовывать основную скелетную единицу графеновых квантовых точек. Водородные и кислородные элементы в гидроксильных и карбоксильных группах будут дегидратированы и удалены в гидротермальной среде, тогда как остальные функциональные группы все равно будут связываться с поверхностью графеновых квантовых точек. Они существуют в виде пассивных слоев, благодаря которым квантовые точки графена обладают хорошей растворимостью в воде и свойствами флуоресценции.
3. Применение графеновых квантовых точек
Квантовые точки графена имеют широкие перспективы применения во многих областях. Вот некоторые из этих приложений:
(1) Область биомедицины: квантовые точки графена обладают хорошей биосовместимостью и широко используются в визуализации клеток, контролируемом высвобождении лекарств, биомолекулярном зондировании и других областях.
(2) Флуоресцентные вещества: благодаря высокой интенсивности флуоресценции и квантовому выходу флуоресценции графеновых квантовых точек их можно использовать в таких областях, как дисплеи и флуоресцентные чернила.
(3) Оптоэлектронное оборудование для хранения энергии: благодаря хорошей проводимости и высокой удельной поверхности графеновых квантовых точек их можно использовать в качестве электродных материалов для суперконденсаторов, литий-ионных батарей и других приложений.
Таким образом, квантовые точки графена привлекли большое внимание как новые материалы. Хотя методы получения графеновых квантовых точек еще недостаточно развиты, их широкие перспективы применения в биомедицине, флуоресцентных материалах, хранении энергии и других областях заслуживают внимания.
