Grapheneay kasalukuyang isa sa mga pinakasikat na materyales para sa pananaliksik. Ito ay may maraming mahusay na katangian, tulad ng mataas na kondaktibiti, mataas na thermal conductivity, magandang mekanikal na katangian, atbp. Kamakailan lamang, ang mga quantum dots na gawa sa graphene ay nakakaakit din ng malawakang atensyon. Ang mga graphene quantum dots ay itinuturing na mahalagang materyales para sa susunod na henerasyon ng mga optical, electrical, at energy storage device, at nakakaakit ng pansin dahil sa kanilang mahusay na performance advantage sa iba't ibang aplikasyon. Ipakikilala ng artikulong ito ang mga katangian, synthesis, at mga aplikasyon ng graphene quantum dots.
1. Pagganap nggraphene quantum tuldok
Ang graphene quantum dots ay isang bagong uri ng carbon material na may diameter na karaniwang mas mababa sa 10 nanometer. Kung ikukumpara sa tradisyonal na semiconductor quantum dots, ang graphene quantum dots ay may mga sumusunod na pakinabang:
(1) Pagsasaayos ng laki: Ang mga tuldok ng graphene quantum ay may mga adjustable na diameter. Nagbibigay-daan ito sa mga graphene quantum dots na magpakita ng iba't ibang katangian at function sa iba't ibang aplikasyon.
(2) Malakas na pagganap ng optoelectronic: Ang istraktura ng banda ng graphene quantum dots ay nagbibigay sa kanila ng mahusay na optical at electrical properties.
(3) Magandang katatagan: Maraming functional na grupo sa ibabaw ng graphene quantum dots, na maaaring magpatatag ng kanilang mga katangiang kemikal sa ibabaw.
2. Synthesis ng graphene quantum tuldok
Mayroong dalawang paraan para sa paghahanda ng graphene quantum dots: top-down at bottom-up.
Top-down synthesis
Ang top-down na diskarte ay tumutukoy sa pisikal o kemikal na pag-ukit ng mga malalaking materyal sa nanoscale graphene quantum dots, na maaaring ihanda sa pamamagitan ng solvent thermal, electrochemical, at chemical exfoliation pathways.
Ang solvent thermal method ay isa sa maraming paraan para sa paghahanda ng graphene quantum dots, at ang proseso nito ay maaaring nahahati sa tatlong hakbang: una, ang oxidized graphene ay nabawasan sa graphene nanosheet sa ilalim ng mataas na temperatura sa isang vacuum state; I-oxidize at gupitin ang mga graphene nanosheet sa puro sulfuric acid at concentrated nitric acid; Sa wakas, ang mga oxidized na graphene nanosheet ay nabawasan sa isang solvent na thermal na kapaligiran upang bumuo ng mga graphene quantum dots.
Ang proseso ng paghahanda ng electrochemical ng graphene quantum dots ay maaaring buod sa tatlong yugto: ang yugto ay ang panahon ng induction kung kailan malapit nang matuklap ang grapayt at mabuo ang graphene, at ang kulay ng electrolyte ay nagsisimulang magbago mula sa walang kulay hanggang dilaw at pagkatapos ay madilim. kayumanggi; Ang ikalawang yugto ay isang makabuluhang pagpapalawak ng grapayt sa anod; Ang ikatlong yugto ay kapag ang mga graphite flakes ay natanggal mula sa anode at nabuo ang isang itim na solusyon kasama ang electrolyte. Sa ikalawa at ikatlong yugto, natagpuan ang sediment sa ilalim ng beaker. Sa mga reaksiyong electrochemical, mayroong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng tubig at mga anion sa mga ionic na likido, kaya ang pamamahagi ng hugis at laki ng mga produkto ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagbabago ng ratio ng tubig sa mga ionic na likido. Ang laki ng mga quantum dots na inihanda mula sa mga electrolyte na may mataas na konsentrasyon ng ion ay mas malaki kaysa sa mga electrolyte na may mababang konsentrasyon.
Ang prinsipyo ng chemical exfoliation ng carbon fibers ay ang pag-exfoliate ng carbon source layer sa pamamagitan ng layer sa pamamagitan ng mga kemikal na reaksyon upang makakuha ng graphene quantum dots. Peng et al. ginamit ang resin based carbon fibers bilang pinagmumulan ng carbon, at pagkatapos ay binalatan ang grapayt na nakasalansan sa mga fibers sa pamamagitan ng acid treatment. Ang mga graphene quantum dots ay maaaring makuha sa isang hakbang lamang, ngunit ang kanilang mga laki ng particle ay hindi pantay.
Bottom up synthesis
Ang bottom-up approach ay tumutukoy sa paghahanda ng graphene quantum dots gamit ang mas maliliit na structural units bilang precursors sa pamamagitan ng isang serye ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan, pangunahin sa pamamagitan ng mga daanan ng paghahanda gaya ng solution chemistry, ultrasound, at microwave method.
Ang paraan ng kimika ng solusyon ay pangunahing ginagamit upang maghanda ng mga graphene quantum tuldok sa pamamagitan ng paraan ng kimika ng phase ng solusyon ng kondensasyon ng oksihenasyon ng aryl. Ang proseso ng synthesis ay nagsasangkot ng unti-unting reaksyon ng condensation ng maliit na molekula (3-iodo-4-bromoaniline o iba pang benzene derivatives) na mga polymer upang makakuha ng mga polystyrene dendritic precursor, na sinusundan ng reaksyon ng oksihenasyon upang makakuha ng mga grupo ng graphene, at sa wakas ay pag-ukit upang makakuha ng graphene quantum dots.
Ang prinsipyo ng microwave ay gumagamit ng mga asukal (tulad ng glucose, fructose, atbp.) bilang mga mapagkukunan ng carbon, dahil pagkatapos ng pag-dehydration, ang mga asukal ay maaaring bumuo ng C=C, na maaaring bumuo ng pangunahing skeleton unit ng graphene quantum dots. Ang mga elemento ng hydrogen at oxygen sa hydroxyl at carboxyl na mga grupo ay made-dehydrate at aalisin sa isang hydrothermal na kapaligiran, habang ang natitirang mga functional na grupo ay magbubuklod pa rin sa ibabaw ng graphene quantum dots. Umiiral ang mga ito bilang mga passive layer, na maaaring gumawa ng mga graphene quantum dots na magkaroon ng magandang water solubility at fluorescence properties.
3. Paglalapat ng graphene quantum tuldok
Ang mga graphene quantum dots ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa maraming larangan. Narito ang ilan sa mga application na ito:
(1) Biomedical field: Ang graphene quantum dots ay may magandang biocompatibility at malawakang ginagamit sa cell imaging, drug controlled release, biomolecular sensing, at iba pang field.
(2) Fluorescent substance: Dahil sa mataas na fluorescence intensity at fluorescence quantum yield ng graphene quantum dots, magagamit ang mga ito sa mga field gaya ng mga display at fluorescent inks.
(3) Optoelectronic na kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya: Dahil sa magandang conductivity at mataas na tiyak na surface area ng graphene quantum dots, maaari silang magamit bilang mga electrode material para sa mga supercapacitor, lithium-ion na baterya, at iba pang mga application.
Sa buod, ang mga graphene quantum dots ay nakakuha ng maraming pansin bilang mga bagong materyales. Bagaman ang mga paraan ng paghahanda ng mga graphene quantum dots ay hindi pa sapat, ang kanilang malawak na mga prospect ng aplikasyon sa biomedical, fluorescent na materyales, pag-iimbak ng enerhiya at iba pang mga larangan ay nagkakahalaga ng pag-asa na
