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      石墨烯量子點的制備方法一:自上而下法(Top-down)

      時間:2020-10-28 10:47:08       瀏覽:1234

      西安瑞禧生物科技有限公司提供各種石墨烯、鈣鈦礦、量子點、納米顆粒、空穴傳輸材料、納米晶、半導體聚合物、超分子材料、過渡金屬配合物、化學試劑、化學原料藥等一系列產品。

       

      石墨烯量子點(GQDs)與石墨烯相比,GQDs具有更強的量子限域效應和邊界效應,且毒性小、水溶性好、熒光性質穩定以及生物相容性好等。在不同波長的光激發下,由于其粒徑大小或表面官能團的差別,GQDs可發射出不同波長的熒光,比如紫光、藍光、綠光、黃光和紅光等。

       

      GQDs的制備方法較多,主要可以分為兩大類自上而下法(Top-down)自下而上法(Bottom-up),下文主要介紹自上而下法。

       

      自上而下法(Top-down)

      GQDs的制備自上而下法是一種通過物理或化學的手段將大尺寸的石墨烯薄片(GSs)或納米片(GNPs)切割成更小尺寸的GQDs的方法。

      方法:主要包括水熱法、電化學法和化學剝離法等。

      優點:操作步驟相對簡單、產率較高,是目前應用較廣泛的一類方法

      缺點:由于其破碎位點的隨機性,難以嚴格控制GQDs的尺寸和結構。

       

      (1) 水熱法

      水熱法反應較快且方便有效,但制備過程中通常需使用強酸。

      反應機理通過強酸對石墨烯進行氧化,在碳晶格上引入環氧基團或羰基等含氧官能團,并在水熱條件下除去含氧官能團上的氧原子,從而將石墨烯切割成GQDs。

       

      步驟:

      A、 在濃硫酸和濃硝酸的混合液中將石墨烯氧化;

      B、 在氧化后的石墨烯片層上引入環氧基等含氧官能團,這些含氧官能團傾向于在碳骨架上排成一條直線;

      C、 將氧化后的石墨烯在弱堿性條件下進行水熱處理,去除含氧基團,導致片層破裂,生成GQDs,最后過濾提純。生成GQDs由于含有少量的含氧基團,在酸性或堿性環境下具有可逆的質子化過程。

       

      2、電化學法

      電化學法可以得到質量穩定的GQDs,但原料處理復雜且產率較低。

      反應機理是在石墨烯片層上的缺陷處提供電化學氧化位點,通過電極施加足夠的電位,驅動水電離出羥基和氧自由基將碳晶格氧化,在石墨烯基面上產生呈線性排列的環氧基、羧基、羥基等含氧基團,同時使堆疊的石墨烯片層之間的間距增大。

       

      步驟:

      A、 采用Pt作為參比電極,將涂有MWCNTs的工作電極插入到溶解有LiClO4碳酸丙烯酯電解液中,在電場(+1.1V)作用下,MWCNTs分子上的碳碳鍵被破壞并生成含氧基團;

      B、 施加-1V的電勢,使O-MWCNTs被電化學還原,并由于LiClO4與碳酸丙烯酯所形成的配合物會插入到MWCNTs分子內部,導致其分子被撐開剝離,最終形成尺寸可調的GQDs。

       

      3、化學剝離法

      也稱為氧化切割法,是采用硫酸或硝酸等強酸對碳纖維(CF)、碳納米管(CNTs)或其他碳材料進行氧化切割。

      方法:在反應過程中,將粉體碳材料與強酸氧化劑進行混合,在強酸氧化作用下,碳材料被氧化成GO,然后其尺寸被進一步氧化切割最終得到GQDs。首先在碳纖維上引入含氧官能團(如環氧基或羥基),這些含氧官能團在C-C 晶格上排列成鏈狀結構,使其所在的二維區域沿著鋸齒方向有斷裂傾向,最終在強氧化劑作用下發生氧化裂解形成GQDs。

       

      特點可通過控制反應中的溫度從而得到不同尺寸、發射不同顏色熒光的GQDs。

       

       

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