Grafenje v současnosti jedním z nejoblíbenějších materiálů pro výzkum. Má mnoho vynikajících charakteristik, jako je vysoká vodivost, vysoká tepelná vodivost, dobré mechanické vlastnosti atd. V poslední době přitahují širokou pozornost také kvantové tečky vyrobené z grafenu. Grafenové kvantové tečky jsou považovány za důležité materiály pro další generaci optických, elektrických a energetických zařízení a přitahují pozornost díky svým vynikajícím výkonnostním výhodám v různých aplikacích. Tento článek představí vlastnosti, syntézu a aplikace grafenových kvantových teček.
1. Výkonkvantové tečky grafenu
Grafenové kvantové tečky jsou novým typem uhlíkového materiálu s průměrem obvykle menším než 10 nanometrů. Ve srovnání s tradičními polovodičovými kvantovými tečkami mají grafenové kvantové tečky následující výhody:
(1) Nastavitelnost velikosti: Grafenové kvantové tečky mají nastavitelný průměr. To umožňuje kvantovým tečkám grafenu vykazovat různé vlastnosti a funkce v různých aplikacích.
(2) Silný optoelektronický výkon: Pásová struktura grafenových kvantových teček jim dává vynikající optické a elektrické vlastnosti.
(3) Dobrá stabilita: Na povrchu grafenových kvantových teček je mnoho funkčních skupin, které mohou stabilizovat jejich povrchové chemické vlastnosti.
2. Syntéza grafenových kvantových teček
Existují dva způsoby přípravy grafenových kvantových teček: shora dolů a zdola nahoru.
Syntéza shora dolů
Přístup shora dolů se týká fyzikálního nebo chemického leptání velkorozměrových materiálů do nanoměřítek grafenových kvantových teček, které lze připravit pomocí rozpouštědlové tepelné, elektrochemické a chemické exfoliace.
Rozpouštědlová termální metoda je jednou z mnoha metod přípravy grafenových kvantových teček a její proces lze rozdělit do tří kroků: nejprve se oxidovaný grafen redukuje na grafenové nanovrstvy za vysoké teploty ve vakuu; Oxidovat a řezat nanovrstvy grafenu v koncentrované kyselině sírové a koncentrované kyselině dusičné; Nakonec jsou oxidované nanovrstvy grafenu redukovány v tepelném prostředí rozpouštědla za vzniku kvantových teček grafenu.
Proces elektrochemické přípravy grafenových kvantových teček lze shrnout do tří fází: fáze je indukční období, kdy se grafit chystá odloupnout a vytvořit grafen a barva elektrolytu se začne měnit z bezbarvé na žlutou a poté na tmavou. hnědý; Druhým stupněm je výrazné rozšíření grafitu v anodě; Třetí fáze je, když se vločky grafitu odlouply od anody a spolu s elektrolytem vytvoří černý roztok. Ve druhém a třetím stupni byl na dně kádinky nalezen sediment. Při elektrochemických reakcích dochází v iontových kapalinách k interakci mezi vodou a anionty, takže tvar a distribuci velikosti produktů lze upravit změnou poměru vody k iontovým kapalinám. Velikost kvantových teček připravených z elektrolytů s vysokou koncentrací iontů je větší než u elektrolytů s nízkou koncentrací.
Principem chemické exfoliace uhlíkových vláken je exfoliace zdroje uhlíku vrstvu po vrstvě pomocí chemických reakcí za účelem získání grafenových kvantových teček. Peng a kol. použila uhlíková vlákna na bázi pryskyřice jako zdroj uhlíku a poté odloupla grafit naskládaný ve vláknech úpravou kyselinou. Grafenové kvantové tečky lze získat pouze v jednom kroku, ale jejich velikosti částic jsou nerovnoměrné.
Syntéza zdola nahoru
Přístup zdola nahoru se týká přípravy grafenových kvantových teček pomocí menších strukturních jednotek jako prekurzorů prostřednictvím řady interakčních sil, zejména prostřednictvím přípravných drah, jako je chemie roztoku, ultrazvuk a mikrovlnné metody.
Metoda chemie v roztoku se používá hlavně k přípravě kvantových teček grafenu pomocí metody chemie v roztoku, kondenzace aryloxidu. Proces syntézy zahrnuje postupnou kondenzační reakci polymerů s malou molekulou (3-jod-4-bromanilin nebo jiné deriváty benzenu) za získání polystyrénových dendritických prekurzorů, následovanou oxidační reakcí za získání grafenových skupin a nakonec leptáním za účelem získání grafenových kvantových teček.
Mikrovlnný princip využívá jako zdroje uhlíku cukry (jako je glukóza, fruktóza atd.), protože po dehydrataci mohou cukry tvořit C=C, které mohou tvořit základní kostru grafenových kvantových teček. Prvky vodíku a kyslíku v hydroxylových a karboxylových skupinách budou dehydratovány a odstraněny v hydrotermálním prostředí, zatímco zbývající funkční skupiny se budou stále vázat na povrch grafenových kvantových teček. Existují jako pasivní vrstvy, díky nimž mají grafenové kvantové tečky dobrou rozpustnost ve vodě a fluorescenční vlastnosti.
3. Aplikace grafenových kvantových teček
Grafenové kvantové tečky mají široké uplatnění v mnoha oblastech. Zde jsou některé z těchto aplikací:
(1) Biomedicínská oblast: Grafenové kvantové tečky mají dobrou biokompatibilitu a jsou široce používány při zobrazování buněk, řízeném uvolňování léčiv, biomolekulárním snímání a dalších oborech.
(2) Fluorescenční látky: Vzhledem k vysoké intenzitě fluorescence a kvantovému výtěžku fluorescence grafenových kvantových teček je lze použít v oblastech, jako jsou displeje a fluorescenční inkousty.
(3) Optoelektronické zařízení pro skladování energie: Díky dobré vodivosti a vysokému specifickému povrchu grafenových kvantových teček je lze použít jako elektrodové materiály pro superkondenzátory, lithium-iontové baterie a další aplikace.
Stručně řečeno, kvantové tečky grafenu přitahovaly velkou pozornost jako nové materiály. Přestože metody přípravy grafenových kvantových teček ještě nejsou dostatečně vyspělé, jejich široké možnosti uplatnění v biomedicíně, fluorescenčních materiálech, skladování energie a dalších oblastech stojí za to se těšit.
