几种掺杂型石墨烯量子点的溶液法制备及性质研究

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发光石墨烯量子点(Graphene Quantum Dot,GQDs),由于其显著的荧光特性受到广泛的关注,理论和实验证明,GQDs除了具备石墨烯自身独特的性质外,还具备更强的量子限域效应和边缘效应,其在光电器件、传感器、生物成像等方面有较好的应用前景。但不足的是,目前合成的GQDs活性位点相对较少、荧光量子产率不高、选择性较差,这严重限制了GQDs的推广、应用。研究表明,异原子进入石墨烯结构,既可以有效的引入带隙,又可以增加石墨烯的缺陷和局域的反应活性,从而诱发许多特殊的理化特性。目前,掺杂型GQDs的制备及其机理的研究还处于初级阶段,因此,探究掺杂型GQDs的制备以及掺杂对GQDs的结构及性能的调控具有极大的科研意义和应用价值。本论文主要完成了以下几个方面的研究工作:1、以乙炔黑为碳源,通过回流法成功制备出单分散的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)和硫掺杂石墨烯量子点(S-GQDs)。在254 nm和365 nm紫外灯照射下,N-GQDs分别发出蓝光和绿光,S-GQDs分别发出紫光和蓝光。经透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征,表明回流法制备的两种掺杂GQDs的形貌均呈球形,平均粒径均在5 nm以内(d N-GQDs=3.3 nm,d S-GQDs=4.3 nm)。经X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)表征,证实N和S成功地掺杂进入了石墨烯结构。经光致发光实验(PL和PLE)和紫外可见吸收光谱(UV-vis)表征,表明引入N和S有效地调节了GQDs的电子结构和光学性能。2、以乙炔黑为碳源,通过水热法成功制备出单分散的锂掺杂石墨烯量子点(Li-GQDs)和锌掺杂石墨烯量子点(Zn-GQDs)。在254 nm和365 nm紫外灯照射下,Li-GQDs分别发出紫光和绿光,Zn-GQDs分别发出紫光和蓝光。经TEM和AFM表征,表明Li-GQDs呈球形,Zn-GQDs呈椭球形,粒径d Li-GQDs=3.5 nm、d Zn-GQDs=4.8 nm。经XPS、FTIR、XRD和Raman表征,证实Li和Zn成功地掺杂进入了石墨烯结构。经PL、PLE和UV-vis表征,表明引入Li和Zn有效地调节了GQDs的电子结构和光学性能。
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