本文關(guān)鍵詞：石墨烯量子點(diǎn)的制備及其改性研究

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【摘要】：近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,低維納米材料的研究越來越受到各領(lǐng)域科學(xué)家們的關(guān)注,尤其是二維材料石墨烯的發(fā)現(xiàn)。石墨烯以其獨(dú)特的熱學(xué)性能、力學(xué)性能、電學(xué)性能和光學(xué)性能迅速成為生物、傳感、催化、光伏等諸多領(lǐng)域研究者們爭相研究的熱點(diǎn)。而石墨烯量子點(diǎn)(GQDs),一種準(zhǔn)零維材料,橫向尺寸100 nm以下的單層石墨烯,不僅繼承了石墨烯的優(yōu)異性能,而且小尺寸所展現(xiàn)的量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)使其具備了更大的比表面積、更高的電子遷移率和更大的機(jī)械強(qiáng)度。除此之外,石墨烯量子點(diǎn)還具有優(yōu)異的光致發(fā)光性能、相比于半導(dǎo)體量子點(diǎn)和有機(jī)染料擁有更低的細(xì)胞毒性、更好的生物相容性,進(jìn)一步拓展了其在生物醫(yī)學(xué)、細(xì)胞成像、光學(xué)器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了更好改善其光致發(fā)光性能和開發(fā)其應(yīng)用,本文對GQDs制備以及光致發(fā)光性能改進(jìn)展開了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括以下三個(gè)部分:1.水熱條件下W18O49催化過氧化氫產(chǎn)生大量·OH氧化剪切氧化石墨烯(GO)得到石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)的創(chuàng)新制備方法改變了傳統(tǒng)的酸氧化法帶來的低環(huán)保性和低效率性。該方法清潔,高效、無副產(chǎn)物生產(chǎn),且制備得到的石墨烯量子點(diǎn)水溶液不需其他提純處理可直接用于細(xì)胞成像,具有良好的生物相容性和較低的生物毒性;2.以氧化石墨烯量子點(diǎn)(GOQDs)為原料,苯甲酸鐵為前驅(qū)體,通過高溫水熱反應(yīng)制備出具有近紫外光致發(fā)光性能的鐵修飾石墨烯量子點(diǎn)(Fe-GQDs),利用鐵元素的強(qiáng)吸電子效應(yīng)降低了石墨烯量子點(diǎn)的π電子云密度,使石墨烯量子點(diǎn)的光致發(fā)光發(fā)射波長發(fā)生了藍(lán)移,實(shí)現(xiàn)了對GQDs光致發(fā)光發(fā)射波長的調(diào)控;3.以三聚氰胺為原料,在高溫(800-1200℃)和超高壓(4 GPa)條件下固-固反應(yīng)成功合成出芳香氮摻雜的石墨烯量子點(diǎn)(N-GQDs)。制備所得的N-GQDs表面無任何含氧基團(tuán),摻雜的氮元素具有強(qiáng)吸電子誘導(dǎo)作用能夠改變?chǔ)须娮釉频拿芏葟亩淖僄QDs本身的帶隙寬度而實(shí)現(xiàn)了直接帶隙發(fā)光,這很好的幫助我們理解了石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)光本質(zhì),且可以通過反應(yīng)溫度改變氮摻雜含量,得到不同發(fā)光波長的N-GQDs�；诖�,我們通過控制反應(yīng)溫度來增大氮摻雜含量制備得到近紫外發(fā)光的N-GQDs。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯量子點(diǎn) 光致發(fā)光 修飾 摻雜
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與性能12-13
• 1.2.1 石墨烯量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)12
• 1.2.2 石墨烯量子點(diǎn)的性能12-13
• 1.3 石墨烯量子點(diǎn)的制備方法13-19
• 1.3.1 自上而下法13-16
• 1.3.1.1 酸氧化法13-14
• 1.3.1.2 水熱/溶劑熱法14-15
• 1.3.1.3 電化學(xué)氧化法15
• 1.3.1.4 氧等離子體法15-16
• 1.3.1.5 其他方法16
• 1.3.2 自下而上法16-19
• 1.3.2.1 可控?zé)峤舛喹h(huán)芳烴法16-17
• 1.3.2.2 富勒烯開籠法17-18
• 1.3.2.3 溶液化學(xué)法18-19
• 1.3.2.4 其他方法19
• 1.4 石墨烯量子點(diǎn)的改性19-21
• 1.4.1 表面功能化19-20
• 1.4.2 異原子摻雜20-21
• 1.5 石墨烯量子點(diǎn)的應(yīng)用21-24
• 1.5.1 生物成像21-22
• 1.5.2 電化學(xué)檢測22
• 1.5.3 催化劑22-23
• 1.5.4 有機(jī)光伏器件23-24
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容和意義24-26
• 1.7 實(shí)驗(yàn)儀器和測試儀器26-27
• 2 清潔、高效、無副產(chǎn)物生成的創(chuàng)新法制備石墨烯量子點(diǎn)及其性能研究27-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料27
• 2.2 GQDs的制備27-28
• 2.2.1 W_(18)O_(49)納米線的制備27-28
• 2.2.2 GQDs的制備28
• 2.3 結(jié)果與討論28-33
• 2.3.1 機(jī)理分析28-30
• 2.3.2 GQDs的TEM分析30
• 2.3.3 GQDs的Raman和FT-IR分析30-31
• 2.3.4 GQDs的XPS分析31-32
• 2.3.5 GQDs的UV-vis和PLE-PL分析32-33
• 2.4 GQDs的PL性能研究33-35
• 2.5 GQDs的應(yīng)用35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 鐵修飾石墨烯量子點(diǎn)（Fe-GQDs）的制備及其PL性能研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)38-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料38-39
• 3.2.2 Fe-GQDs的制備39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-43
• 3.3.1 Fe-GQDs的結(jié)構(gòu)表征40-42
• 3.3.2 Fe-GQDs的光學(xué)性能表征42-43
• 3.4 機(jī)理探究43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)（N-GQDs）的制備及其PL性能研究46-56
• 4.1 N-GQDs的制備46-48
• 4.2 N-GQDs的結(jié)構(gòu)表征48-50
• 4.2.1 N-GQDs的TEM和粒徑分析48-49
• 4.2.2 N-GQDs的AFM和Raman分析49
• 4.2.3 N-GQDs的XPS分析49-50
• 4.3 N-GQDs的直接帶隙發(fā)光50-52
• 4.4 N-GQDs的PL性能52-53
• 4.5 近紫外光致發(fā)光N-GQDs的制備53-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 5 全文總結(jié)56-58
• 5.1 全文總結(jié)56-57
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)57-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67

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