本文選題：碳納米顆粒 + 氧化和還原石墨烯�。� 參考：《南京大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：認(rèn)識和理解納米材料的結(jié)構(gòu)、電子態(tài)和光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)物理過程,對于調(diào)控其光電性質(zhì)以及拓展在光電信息、生物醫(yī)學(xué)和能源環(huán)境等方面的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。發(fā)光譜(PL)、激發(fā)譜(PLE)和時間分辨光譜(TRPL)等熒光光譜技術(shù)是研究納米材料光電性質(zhì)及相關(guān)物理效應(yīng)的重要工具。碳基光電納米材料具有許多非常新穎的光電磁效應(yīng),其構(gòu)成元素儲量豐富,環(huán)境友好,生物兼容,引起了人們廣泛的關(guān)注。本文以熒光光譜技術(shù)為主要研究手段,結(jié)合各種微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)表征技術(shù)以及第一性原理的計算,探究氧化石墨烯(GO)、還原的氧化石墨烯(RGO)、碳納米顆粒(CNDs)和聯(lián)苯丙二氨酸(FF)納米管的光電和光熱特性,獲得了如下的主要研究結(jié)果：1、通過自上而下和自下而上的方法分別得到了RGO和CNDs兩種碳納米結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的發(fā)光特性表現(xiàn)出很多相似之處,例如,發(fā)光峰隨著激發(fā)光波長變大而逐漸紅移,480-550 nm發(fā)光單調(diào)均勻地移動但是藍(lán)光部分的移動不明顯。根據(jù)光譜特征,我們將非對稱的PL峰Gaussian分解為兩個子峰。通過高分辨透射電鏡、傅里葉變換紅外光譜和拉曼光譜等表征手段對GO到RGO的還原過程和CNDs的生長過程中的結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行分析,結(jié)合第一性原理的計算,首次提出在這一類碳納米材料中存在兩種發(fā)光中心。PL的藍(lán)光部分是拓?fù)淙毕萁Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致的發(fā)射,另一部分是大家普遍接受的由sp2雜化的碳團(tuán)簇尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的依賴于激發(fā)光波長的長波長發(fā)射。2、通過制備MnO2修飾的GO作為中間產(chǎn)物,進(jìn)一步水熱處理還原GO為RGO的同時,實(shí)現(xiàn)了Mn離子的介入,得到了錳離子鍵合的RGO。發(fā)光譜的研究發(fā)現(xiàn)錳離子鍵合的RGO相對于原來的RGO,500-600 nm的長波長發(fā)光得到了非常顯著的增強(qiáng),從而使材料的發(fā)光波長可在430到600 nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),由此找到了一種調(diào)控RGO發(fā)光的有效途徑,對推動其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。光譜分析以及密度泛函的計算揭示了長波長發(fā)光的增強(qiáng)起源于Mn2+和RGO中sp2團(tuán)簇之間的共振能量轉(zhuǎn)移。3、通過系統(tǒng)的實(shí)驗檢驗,澄清了文獻(xiàn)中大量報道的關(guān)于石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的爭論,證實(shí)了氙燈激發(fā)石墨烯量子點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換熒光實(shí)質(zhì)上是單色儀引起的假象。因此基于其上轉(zhuǎn)換性質(zhì)來設(shè)計光催化、太陽能電池等結(jié)構(gòu)也是不可行的。此外,我們還在高功率飛秒脈沖激光激發(fā)下觀察到真正的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)功率成二次關(guān)系,證實(shí)了雙光子過程的存在。4、研究了P25型號的二氧化鈦顆粒與RGO組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)對亞甲基藍(lán)(MB)的光降解過程,通過濾光片選擇特定的光照波段,單獨(dú)研究了近紅外光(NIR)對光降解過程的影響。結(jié)果表明RGO的加入除了能吸附更多污染物、吸收更多光子以及傳導(dǎo)電子之外,RGO在NIR激發(fā)下的光熱效應(yīng)會使得電子在RGO上的傳輸更容易,該研究提示我們,可以通過利用RGO的光熱效應(yīng)來提升RGO復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的光催化表現(xiàn)。5、通過對聯(lián)苯丙二氨酸(FF)納米管晶體結(jié)構(gòu)的分析,揭示了其自發(fā)極化起源于氫鍵的有序排列；PL譜的分析表明,存在明顯的光誘導(dǎo)的類量子限制Stark效應(yīng),這使得這種強(qiáng)的自發(fā)極化可在強(qiáng)光的照射下發(fā)生反轉(zhuǎn)�；谝陨辖Y(jié)果,我們精細(xì)地測量了FF微米管的P-E曲線,清楚地觀察到強(qiáng)光照射下明顯的極化飽和特征,首次在實(shí)驗上證實(shí)了FF微米管沿軸向鐵電性的存在。
[Abstract]:The basic physical processes of understanding and understanding the structure of nanomaterials, the electronic states and the interaction of light and matter are of great guiding significance for the regulation of their photoelectric properties and their applications in the optoelectronic information, biomedicine and energy environment. Luminescence spectroscopy (PL), excitation spectrum (PLE) and time resolved spectroscopy (TRPL) and other fluorescence spectroscopy techniques It is an important tool to study the photoelectric properties and related physical effects of nano materials. Carbon based optoelectronic nanomaterials have many very novel optical and electromagnetic effects. They have rich reserves, friendly environment and biocompatibility, which have aroused widespread concern. This paper uses fluorescence spectroscopy as the main research method, combined with various microstructures and spectra. The characteristics of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (RGO), carbon nanoscale (CNDs) and diphenyl malonic acid (FF) nanotubes were investigated by the study of the characteristics of graphene oxide (GO), reduced graphite oxide (RGO), carbon nanoscale (CNDs) and diphenyl malonic acid (FF) nanotubes. The following main research results were obtained: two kinds of carbon and RGO, respectively, were obtained by top-down and bottom-up methods. The luminescence characteristics of the two structures show a lot of similarities, for example, the luminescence peak gradually redshifts with the excitation of the light wave length, and the 480-550 nm luminescence is monotonically and evenly moved, but the movement of the blue light part is not obvious. According to the spectral characteristics, we decompose the asymmetric PL peak Gaussian into two sub peaks. The reduction process of GO to RGO and the structural evolution of CNDs during the growth of CNDs are analyzed by means of electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and Raman spectroscopy. In combination with the calculation of the first principle, the blue light of two kinds of luminescent center.PL in this kind of carbon nanomaterials is first proposed, and the other is the structure of the topology defect structure. One part is the long wave long wavelength emission.2, which is generally accepted by the SP2 hybrid cluster size effect, which depends on the excitation wavelength. By preparing the MnO2 modified GO as the intermediate product and the further hydrothermal treatment of GO to RGO, the interference of the Mn ion is realized, and the manganese ion bonded RGO. luminescence spectrum has been found to find manganese. The long wavelength luminescence of the ion bonded RGO is very significant relative to the original RGO, 500-600 nm long wave length luminescence, which makes the luminescent wavelength of the material continuously adjustable within the range of 430 to 600 nm, thus finding an effective way to regulate the RGO luminescence. It is of great significance to promote its application in the photoelectric collar. The degree functional calculation reveals that the enhancement of the long wave length luminescence originates from the resonance energy transfer.3 between the SP2 clusters in Mn2+ and RGO. Through the experimental test of the system, the argument about the upconversion luminescence of the graphene quantum dots (GQDs), which is reported in the literature, is clarified. It is confirmed that the upconversion fluorescence of the graphene quantum dots excited by the xenon lamp is essentially the same. Therefore, it is not feasible to design the photocatalyst based on its upconversion properties. In addition, we have also observed real upconversion luminescence under high power femtosecond pulse laser excitation, the luminescence intensity and the excitation power have two relations, which confirmed the existence of.4 in the two-photon process, and studied the P25 The photodegradation process of methylene blue (MB) by the composite nano structure of titanium dioxide and RGO, and the effect of near infrared light (NIR) on the photodegradation process by selecting a specific light wave band through a filter. The results show that the addition of RGO can absorb more pollutants, absorb more photons and conduction electrons. The photothermal effect of RGO under the excitation of NIR makes the transmission of electrons easier on RGO. This study suggests that we can enhance the photocatalytic performance of RGO nanostructures by using the photothermal effect of RGO. By segregation of the crystal structure of the dianine (FF) nanotube, the spontaneous polarization of the hydrogen bond is revealed by the segregation of the crystal structure of the dianine (FF) nanotube. The analysis of PL spectra shows that there is an obvious light induced quasi quantum confinement Stark effect, which makes this strong spontaneous polarization reversible under strong light. Based on the above results, we have fine measured the P-E curves of the FF microtubules and clearly observed the obvious polarization saturation characteristics under strong illumination, for the first time in the experiment. The existence of the axial ferroelectric properties of the FF microtubules has been confirmed.

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TQ127.11

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Z.Li;B.Liu;J.M.Wang;L.C.Sun;J.Y.Wang;Y.C.Zhou;Z.J.Hu;;First-principles Study of Point Defects in Stoichiometric and Non-stoichiometric Y_4Al_2O_9[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年12期

2 米宏偉;朱培洋;劉劍洪;;電化學(xué)電容器電極材料的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2013年13期

3 雷天民;吳勝寶;張玉明;劉佳佳;郭輝;張志勇;;單層MoS_2的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)[J];稀有金屬材料與工程;2013年12期

4 趙宗彥;周大成;易娟;;Analysis of the electronic structures of 3d transition metals doped CuGaS_2based on DFT calculations[J];Journal of Semiconductors;2014年01期

5 段淼;李四中;陳國華;;機(jī)械法制備石墨烯的研究進(jìn)展[J];材料工程;2013年12期

6 何青;馬愛斌;江靜華;宋丹;陳建清;楊東輝;鄒中秋;李玉華;;石墨烯的制備及其在金屬防腐中的應(yīng)用進(jìn)展[J];功能材料;2013年S2期

7 王博;李松梅;劉建華;于美;安軍偉;;超聲輔助鎳粉綠色還原制備石墨烯[J];材料工程;2014年01期

8 張雯;易敏;沈志剛;張曉靜;;石墨烯用于提高材料抗原子氧剝蝕性能[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2014年02期

9 趙清;常青;楊金龍;劉俊;胡勝亮;;碳點(diǎn)嫁接海藻酸鈣復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其對Cu~(2+)的檢測[J];發(fā)光學(xué)報;2014年03期

10 黃澍;王瑋;王康麗;蔣凱;程時杰;;石墨烯在化學(xué)儲能中的研究進(jìn)展[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年02期

相關(guān)會議論文 前5條

1 謝琴;譚譽(yù)宇;郭秋平;王柯敏;何春梅;袁寶銀;萬俊;趙下雨;;基于氧化石墨烯的核酸適配體熒光傳感器用于人肝癌細(xì)胞SMMC-7721的高靈敏檢測[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第04分會：納米生物傳感新方法[C];2014年

2 王冰;李潤霞;聶賽男;姜錫博;李榮德;;Al-Si-Cu-Mg合金時效析出相的第一性原理計算[A];2014中國鑄造活動周論文集[C];2014年

3 孟蝶;李方;;氧化石墨烯在膜分離技術(shù)中的研究進(jìn)展[A];全國石墨烯材料技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用交流研討會論文集[C];2015年

4 張亞婷;李景凱;周安寧;邱介山;;Fe_2O_3/煤基石墨烯納米復(fù)合材料制備及其電化學(xué)性能研究[A];全國石墨烯材料技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用交流研討會論文集[C];2015年

5 Wen-Jun Niu;Rong-Hui Zhu;Sheng-Yuan Deng;Dan Shan;;Simple synthesis of nitrogen-doped carbon dots with selectivity and sensitivity in the detection of NADH[A];全國石墨烯材料技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用交流研討會論文集[C];2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 任娜;生物醫(yī)用鈦基植入體材料表面納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其生物學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2013年

2 吳佳佳;石墨烯及其復(fù)合材料對溶解氧還原反應(yīng)的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

3 趙夢潔;碳納米管與石墨烯納米材料用于藥物電化學(xué)傳感研究[D];華中科技大學(xué);2013年

4 鮑祺;硫酸鹽還原菌腐蝕機(jī)理及復(fù)合殺菌劑的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2012年

5 黃青武;氧化物/石墨烯納米復(fù)合材料可控合成及其氣敏與光催化性能研究[D];華中科技大學(xué);2013年

6 蔣艷平;低維鈦酸鍶鉛鐵電材料的制備及電學(xué)與光學(xué)性能研究[D];湘潭大學(xué);2012年

7 曾鵬;新型碳基復(fù)合材料的制備及其光催化制氫性能研究[D];武漢大學(xué);2012年

8 李彩霞;石墨烯及其組裝材料的制備與表征[D];華東師范大學(xué);2013年

9 徐楊森;基于鉬酸鉍、銀鹽異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備、表征及可見光光催化性能的研究[D];華南理工大學(xué);2013年

10 張金輝;超級電容器復(fù)合電極材料制備及電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 田鳳琴;用于非對稱超級電容器正極的錫摻雜二氧化錳的研究[D];大連理工大學(xué);2013年

2 姜坤;氧化石墨烯—聚合物復(fù)合材料的制備及性能研究[D];蘇州大學(xué);2013年

3 石婕暄;以提高化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度為導(dǎo)向的碳量子點(diǎn)的功能化及其對Co（Ⅱ）高選擇性的傳感[D];北京化工大學(xué);2013年

4 郭煥煥;銀/石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其對MCF-7細(xì)胞毒性探索[D];鄭州大學(xué);2013年

5 李利花;超臨界二氧化碳輔助石墨烯的制備、功能化及在燃料電池中的應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2013年

6 李猛;功能電化學(xué)傳感器的研制及其在漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[D];大連海洋大學(xué);2013年

7 劉春芳;功能化石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)的制備及其性能研究[D];西南大學(xué);2013年

8 姚章權(quán);碳載體負(fù)載貴金屬催化劑的制備及其對有機(jī)小分子的電催化氧化[D];蘇州大學(xué);2013年

9 馬征;氮摻雜碳納米材料的制備及其催化應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

10 秦曉娟;改性石墨烯的制備及其超疏水性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

，

本文編號：1779959