本文關鍵詞：石墨烯量子點的制備及其改性研究

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【摘要】：近年來,隨著科學技術的快速發(fā)展,低維納米材料的研究越來越受到各領域科學家們的關注,尤其是二維材料石墨烯的發(fā)現(xiàn)。石墨烯以其獨特的熱學性能、力學性能、電學性能和光學性能迅速成為生物、傳感、催化、光伏等諸多領域研究者們爭相研究的熱點。而石墨烯量子點(GQDs),一種準零維材料,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)的量子限域效應和邊緣效應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械強度。除此之外,石墨烯量子點還具有優(yōu)異的光致發(fā)光性能、相比于半導體量子點和有機染料擁有更低的細胞毒性、更好的生物相容性,進一步拓展了其在生物醫(yī)學、細胞成像、光學器件等領域的應用。為了更好改善其光致發(fā)光性能和開發(fā)其應用,本文對GQDs制備以及光致發(fā)光性能改進展開了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括以下三個部分: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(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水溶液不需其他提純處理可直接用于細胞成像,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(GOQDs)為原料,苯甲酸鐵為前驅(qū)體,通過高溫水熱反應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(Fe-GQDs),利用鐵元素的強吸電子效應降低了石墨烯量子點的π電子云密度,使石墨烯量子點的光致發(fā)光發(fā)射波長發(fā)生了藍移,實現(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-固反應成功合成出芳香氮摻雜的石墨烯量子點(N-GQDs)。制備所得的N-GQDs表面無任何含氧基團,摻雜的氮元素具有強吸電子誘導作用能夠改變π電子云的密度從而改變GQDs本身的帶隙寬度而實現(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的發(fā)光本質(zhì),且可以通過反應溫度改變氮摻雜含量,得到不同發(fā)光波長的N-GQDs�；诖�,我們通過控制反應溫度來增大氮摻雜含量制備得到近紫外發(fā)光的N-GQDs。
【關鍵詞】：石墨烯量子點 光致發(fā)光 修飾 摻雜
【學位授予單位】：常州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 石墨烯量子點的結(jié)構(gòu)與性能12-13
• 1.2.1 石墨烯量子點的結(jié)構(gòu)12
• 1.2.2 石墨烯量子點的性能12-13
• 1.3 石墨烯量子點的制備方法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 可控熱解多環(huán)芳烴法16-17
• 1.3.2.2 富勒烯開籠法17-18
• 1.3.2.3 溶液化學法18-19
• 1.3.2.4 其他方法19
• 1.4 石墨烯量子點的改性19-21
• 1.4.1 表面功能化19-20
• 1.4.2 異原子摻雜20-21
• 1.5 石墨烯量子點的應用21-24
• 1.5.1 生物成像21-22
• 1.5.2 電化學檢測22
• 1.5.3 催化劑22-23
• 1.5.4 有機光伏器件23-24
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容和意義24-26
• 1.7 實驗儀器和測試儀器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及其性能研究27-38
• 2.1 實驗材料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的應用35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 鐵修飾石墨烯量子點（Fe-GQDs）的制備及其PL性能研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 實驗38-40
• 3.2.1 實驗材料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的光學性能表征42-43
• 3.4 機理探究43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 氮摻雜石墨烯量子點（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 主要創(chuàng)新點57-58
• 參考文獻58-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67

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本文編號：1085349