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石墨烯量子点的制备方法一:自上而下法(Top-down)

时间:2020-10-28 10:47:08       浏览:61

西安瑞禧生物科技有限公司提供各种石墨烯、钙钛矿、量子点、纳米颗粒、空穴传输材料、纳米晶、半导体聚合物、超分子材料、过渡金属配合物、化学试剂、化学原料药等一系列产品

 

石墨烯量子点(GQDs)与石墨烯相比,GQDs具有更强的量子限域效应和边界效应,且毒性小、水溶性好、荧光性质稳定以及生物相容性好等。在不同波长的光激发下,由于其粒径大小或表面官能团的差别,GQDs可发射出不同波长的荧光,比如紫光、蓝光、绿光、黄光和红光等。

 

GQDs的制备方法较多,主要可以分为两大类自上而下法(Top-down)自下而上法(Bottom-up),下文主要介绍自上而下法。

 

自上而下法(Top-down)

GQDs的制备自上而下法是一种通过物理或化学的手段将大尺寸的石墨烯薄片(GSs)或纳米片(GNPs)切割成更小尺寸的GQDs的方法

方法:主要包括水热法、电化学法和化学剥离法等。

优点:操作步骤相对简单、产率较高,是目前应用较广泛的一类方法

缺点:由于其破碎位点的随机性,难以严格控制GQDs的尺寸和结构。

 

(1) 水热法

水热法反应较快且方便有效,但制备过程中通常需使用强酸。

反应机理通过强酸对石墨烯进行氧化,在碳晶格上引入环氧基团或羰基等含氧官能团,并在水热条件下除去含氧官能团上的氧原子,从而将石墨烯切割成GQDs。

 

步骤:

A、 在浓硫酸和浓硝酸的混合液中将石墨烯氧化

B、 在氧化后的石墨烯片层上引入环氧基等含氧官能团,这些含氧官能团倾向于在碳骨架上排成一条直线

C、 将氧化后的石墨烯在弱碱性条件下进行水热处理,去除含氧基团,导致片层破裂,生成GQDs,最后过滤提纯。生成GQDs由于含有少量的含氧基团,在酸性或碱性环境下具有可逆的质子化过程。

 

2、电化学法

电化学法可以得到质量稳定的GQDs,但原料处理复杂且产率较低

反应机理是在石墨烯片层上的缺陷处提供电化学氧化位点,通过电极施加足够的电位,驱动水电离出羟基和氧自由基将碳晶格氧化,在石墨烯基面上产生呈线性排列的环氧基、羧基、羟基等含氧基团,同时使堆叠的石墨烯片层之间的间距增大。

 

步骤:

A、 采用Pt作为参比电极,将涂有MWCNTs的工作电极插入到溶解有LiClO4碳酸丙烯酯电解液中,在电场(+1.1V)作用下,MWCNTs分子上的碳碳键被破坏并生成含氧基团

B、 施加-1V的电势,使O-MWCNTs被电化学还原,并由于LiClO4与碳酸丙烯酯所形成的配合物会插入到MWCNTs分子内部,导致其分子被撑开剥离,最终形成尺寸可调的GQDs

 

3、化学剥离法

也称为氧化切割法是采用硫酸或硝酸等强酸对碳纤维(CF)、碳纳米管(CNTs)或其他碳材料进行氧化切割。

方法:在反应过程中,将粉体碳材料与强酸氧化剂进行混合,在强酸氧化作用下,碳材料被氧化成GO,然后其尺寸被进一步氧化切割最终得到GQDs。首先在碳纤维上引入含氧官能团(如环氧基或羟基),这些含氧官能团在C-C 晶格上排列成链状结构,使其所在的二维区域沿着锯齿方向有断裂倾向,最终在强氧化剂作用下发生氧化裂解形成GQDs。

 

特点可通过控制反应中的温度从而得到不同尺寸、发射不同颜色荧光的GQDs。

 

 

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