【摘要】：二十一世紀以來,人們對環(huán)境污染和化石能源短缺等問題的重視程度越來越高,綠色能源的開發(fā)和利用對于緩解環(huán)境污染和能源危機具有非凡的意義。近年來納米尺寸的石墨烯材料——碳點(carbondots,CDs),和典型的二維過渡金屬硫族化合物MoS2,因其獨特的性質在光電器件和能源存儲領域得到了廣泛的關注。在近年來的研究中,基于CDs的研究主要集中在如何提高和改善其光學性質,并探究其在白光發(fā)光二二極管(LED)、太陽能電池、傳感、生物成像、光催化等領域的應用及前景。典型的碳量子點由具有sp2雜化的碳核和含N或O的表面官能團組成,雖然sp2雜化的碳核具有疏水性,但是基于合成條件大部分表面官能團為羧基、羥基或者胺基等親水性基團,所以功能化的碳量子普遍具有親水性。而油溶性的CDs因其能溶于低沸點的有機溶劑,在光電器件、能源材料領域具有很大的應用前景。且近年來,隨著人們對石墨烯相關材料深入的研究,也引發(fā)了研究者們對其他類石墨烯二維材料的研究興趣和探索。過渡金屬層狀化合物——二硫化鉬(MoS2)是其中最具代表性的材料。而近期,二硫化鉬的另一個亞穩(wěn)態(tài)晶型,具有金屬性的八面體構型的1T相,因其獨特的性質,在光電催化、太陽能電池、光電器件、能源存儲、甚至是生物醫(yī)學等領域都獲得了極大的關注。本文利用溶劑工程的概念,探索出了一種簡便、可控的方案,制備出一系列具有高熒光量子產率、具有邊帶效應的發(fā)射長波長熒光的油溶性的碳點(碳量子點和石墨烯量子點)。并且將這種溶劑工程的概念進一步的應用到制備另一種二維材料,過渡金屬硫化物MoS2上。主要研究內容和結果如下:1)首先,基于制備出一種長波長熒光的油溶性的CDs,使其替代熒光粉應用于白光LED上是目前研究的一個熱點。我們在非極性的有機介質中,使用油溶性的混酸活化的芘(TNP)作為N源和C源,通過一步溶劑熱反應制備了油溶性的CQDs(o-CQDs)。通過有機溶劑中的溶劑熱分子融合法,形成了疏水性的石墨烯內核,以及具有油溶性的表面官能團硝基(-NO2)。因此合成的o-CQDs在大部分極性或非極性的有機溶劑中具有很好的溶解性。能發(fā)射熒光波長大于600 nm的明亮熒光,熒光量子產率為65.93%。因其良好的油溶性,使其在熒光有機玻璃、白光LED等光電領域都有很好的應用前景。2)然后,發(fā)現使用油溶性的混酸活化的芘(TNP)作為N源和C源,通過控制溶劑熱反應時的溶劑組成和種類,能制備具有不同尺寸和化學結構,并發(fā)射不同熒光的油溶性碳量子點(具有藍色熒光的b-CQDs,綠色熒光的g-CQDs,黃色熒光的y-CQDs和紅色熒光的r-CQDs)。以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇(EtOH)的純溶液作為反應溶劑時,合成的碳量子點在甲苯溶液中分別具有紅色(r-CQDs)和黃色(y-CQDs)熒光。當以DMF和水(H20)的混合溶劑作為反應溶劑時,合成的碳量子點在甲苯溶液中具有藍色的熒光(b-CQDs)。而當以EtOH和冰醋酸(CH3COOH)的混合溶液為反應溶劑時,合成的碳量子點在甲苯溶液中具有綠色的熒光(g-CQDs)。四種碳量子點都不具有激發(fā)波長依賴性,其熒光峰位從分別為460nm(b-CQDs)、517nm(g-CQDs)、581nm(y-CQDs)和 620nm(r-CQDs)。合成的四種油溶性碳量子點在大部分極性或非極性的有機溶劑中具有很好的溶解性。且能通過磷脂包裹,應用于生物成像和腫瘤成像。3)其次,發(fā)現在非極性的有機介質中,使用油溶性的混酸活化的芘(TNP)作為N源和C源,在介孔二氧化硅(MSNs)的存在下,通過一步溶劑熱反應制備除了油溶性的石墨烯量子點(GQDs)。雖然其制備過程相較于上一章的y-CQDs只多了一個加不加MSNs粉末的區(qū)別,但是隨后的形貌和結構表征都表明,其石墨化程度得到了很大得改善。且合成的GQDs在大部分極性或非極性的有機溶劑中都具有很好的溶解性。能發(fā)射熒光波為540 nm的明亮黃色熒光,熒光量子產率為29.23%。因其良好的油溶性,使其在熒光有機玻璃、白光LED等光電領域都有很好的應用前景。4)最后,基于前面通過調節(jié)溶劑的種類和組成,成功的實現了對石墨烯的納米結構——碳量子點結構和尺寸、以及性質的調控。然后,我們將這種溶劑工程的概念進一步的拓展到另一種二維材料,過渡金屬硫化物MoS2上。我們以柔性的碳布為襯底,通過調節(jié)溶劑的組成和比例,成功的獲得了生長在碳布上的具有垂直陣列結構的具有金屬性的1T相的二硫化鉬(1T-MoS2/CFC)。1T-MoS2/CFC上的二硫化鉬以垂直的陣列結構均勻的生長在碳纖維表面,且層間距比2H相二硫化鉬的要大,為0.82-0.91 nm。通過恒流充放電測試,表明該復合薄膜電極具有優(yōu)異的電化學儲鋰性能。在100 mAg-1電流密度下首次放電比容量為2210 mAh g-1,充電比容量為1789mAhg-1,庫倫效率為81%。而經過退火處理,二硫化鉬轉化為2H相的2H-MoS2/CFC電極材料在100 mA g-1電流密度下首次放電比容量為1238 mAh g-1,充電比容量為1026 mAh g-1。同時,通過XRD、Raman和SEM相結合的分析技術探究了其電化學儲鋰的反應機制。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O613.71;TB383.1;O614.612
【圖文】：

圖１．１碳點的類型，主要包括石墨烯量子點（ＧＱＤｓ）、碳納米點（ＣＮＤｓ）和聚合物點（ｒｏｓ；ｐｌ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋Ｉ．邋Ｉ邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｄｏｔｓ，邋ｗｈｉｃｈ邋ｃａｎ邋ｂｅ邋ｄｉｖｉｄｅｄ邋ｉｎｔｏ邋ｔｈｒｅｅ邋ｍａｉｎ邋ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，逡逑ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔｓ邋（ＧＱＤｓ），邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｄｏｔｓ邋（ＣＮＤｓ）邋ａｎｄ邋ｐｏｌｙｍｅｒ邋ｄｏｔｓ邋（ＰＤｓ）Ｊ？，１逡逑

物進行硝化，并用端氨匥ＰＥＧ為鈍化劑鈍化，在紫外燈下觀察到了明亮的熒光，逡逑并且熒光量子產率為２０％。近期，Ｙｕ等利用甲苯作為前驅體通過激光轟擊法逡逑也得到了納米碳點（圖１．３）。他們的研究發(fā)現該方法足屮苯在激光照射下先形成逡逑大尺寸的石墨烯片，然后隨著石墨烯片的堆疊，再在激光照射下形成納米尺寸的逡逑碳點，且通過控制轟擊的激光能量密度和轟擊時間能夠控制碳點的尺寸。逡逑奪邐Ｎｄ＾ＹＡＧ邋Ｌ８Ｓ？ｆ邐邐＾邋一邋—－逡逑｛；逡逑~柍у義希螅蓿恚茫希希跡幔茫

本文編號：2805768