Graphenekini merupakan salah satu bahan yang paling popular untuk penyelidikan. Ia mempunyai banyak ciri yang sangat baik, seperti kekonduksian tinggi, kekonduksian haba yang tinggi, sifat mekanikal yang baik, dsb. Baru-baru ini, titik kuantum yang diperbuat daripada graphene juga telah menarik perhatian meluas. Titik kuantum graphene dianggap sebagai bahan penting untuk peranti penyimpanan optik, elektrik dan tenaga generasi akan datang, dan telah menarik perhatian kerana kelebihan prestasinya yang sangat baik dalam pelbagai aplikasi. Artikel ini akan memperkenalkan sifat, sintesis dan aplikasi titik kuantum graphene.
1. Prestasititik kuantum graphene
Titik kuantum graphene ialah jenis bahan karbon baharu dengan diameter biasanya kurang daripada 10 nanometer. Berbanding dengan titik kuantum semikonduktor tradisional, titik kuantum graphene mempunyai kelebihan berikut:
(1) Kebolehlarasan saiz: Titik kuantum graphene mempunyai diameter boleh laras. Ini membolehkan titik kuantum graphene mempamerkan pelbagai sifat dan fungsi dalam pelbagai aplikasi.
(2) Prestasi optoelektronik yang kuat: Struktur jalur titik kuantum graphene memberikan mereka sifat optik dan elektrik yang sangat baik.
(3) Kestabilan yang baik: Terdapat banyak kumpulan berfungsi pada permukaan titik kuantum graphene, yang boleh menstabilkan sifat kimia permukaannya.
2. Sintesis titik kuantum graphene
Terdapat dua kaedah untuk menyediakan titik kuantum graphene: atas ke bawah dan bawah ke atas.
Sintesis atas ke bawah
Pendekatan atas ke bawah merujuk kepada pengelasan fizikal atau kimia bahan bersaiz besar ke dalam titik kuantum graphene skala nano, yang boleh disediakan melalui laluan pengelupasan haba, elektrokimia dan kimia pelarut.
Kaedah terma pelarut adalah salah satu daripada banyak kaedah untuk menyediakan titik kuantum graphene, dan prosesnya boleh dibahagikan kepada tiga langkah: pertama, graphene teroksida dikurangkan kepada helaian nano graphene di bawah suhu tinggi dalam keadaan vakum; Mengoksidakan dan memotong helaian nano graphene dalam asid sulfurik pekat dan asid nitrik pekat; Akhirnya, lembaran nano graphene teroksida dikurangkan dalam persekitaran terma pelarut untuk membentuk titik kuantum graphene.
Proses penyediaan elektrokimia titik kuantum graphene boleh diringkaskan kepada tiga peringkat: peringkat ialah tempoh aruhan apabila grafit hampir terkelupas dan membentuk graphene, dan warna elektrolit mula berubah daripada tidak berwarna kepada kuning dan kemudian menjadi gelap coklat; Peringkat kedua ialah pengembangan grafit yang ketara dalam anod; Peringkat ketiga ialah apabila kepingan grafit telah terkelupas dari anod dan membentuk larutan hitam bersama-sama dengan elektrolit. Pada peringkat kedua dan ketiga, sedimen ditemui di bahagian bawah bikar. Dalam tindak balas elektrokimia, terdapat interaksi antara air dan anion dalam cecair ionik, jadi taburan bentuk dan saiz produk boleh diselaraskan dengan menukar nisbah air kepada cecair ionik. Saiz titik kuantum yang disediakan daripada elektrolit dengan kepekatan ion tinggi adalah lebih besar daripada elektrolit dengan kepekatan rendah.
Prinsip pengelupasan kimia gentian karbon adalah untuk mengelupas lapisan sumber karbon demi lapisan melalui tindak balas kimia untuk mendapatkan titik kuantum graphene. Peng et al. menggunakan gentian karbon berasaskan resin sebagai sumber karbon, dan kemudian mengupas grafit yang disusun dalam gentian melalui rawatan asid. Titik kuantum graphene boleh didapati dalam satu langkah sahaja, tetapi saiz zarahnya tidak sekata.
Sintesis bawah ke atas
Pendekatan bawah ke atas merujuk kepada penyediaan titik kuantum graphene menggunakan unit struktur yang lebih kecil sebagai prekursor melalui satu siri daya interaksi, terutamanya melalui laluan penyediaan seperti kaedah kimia larutan, ultrasound, dan gelombang mikro.
Kaedah kimia penyelesaian digunakan terutamanya untuk menyediakan titik kuantum graphene melalui kaedah kimia fasa larutan pemeluwapan pengoksidaan aril. Proses sintesis melibatkan tindak balas pemeluwapan beransur-ansur molekul kecil (3-iodo-4-bromoaniline atau derivatif benzena lain) polimer untuk mendapatkan prekursor dendritik polistirena, diikuti dengan tindak balas pengoksidaan untuk mendapatkan kumpulan graphene, dan akhirnya mengetsa untuk mendapatkan titik kuantum graphene.
Prinsip gelombang mikro menggunakan gula (seperti glukosa, fruktosa, dll.) sebagai sumber karbon, kerana selepas dehidrasi, gula boleh membentuk C=C, yang boleh membentuk unit rangka asas titik kuantum graphene. Unsur hidrogen dan oksigen dalam kumpulan hidroksil dan karboksil akan dehidrasi dan disingkirkan dalam persekitaran hidroterma, manakala kumpulan berfungsi yang selebihnya masih akan terikat pada permukaan titik kuantum graphene. Ia wujud sebagai lapisan pasif, yang boleh menjadikan titik kuantum graphene mempunyai keterlarutan air yang baik dan sifat pendarfluor.
3. Aplikasi titik kuantum graphene
Titik kuantum graphene mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pelbagai bidang. Berikut adalah beberapa aplikasi ini:
(1) Bidang bioperubatan: Titik kuantum Graphene mempunyai biokompatibiliti yang baik dan digunakan secara meluas dalam pengimejan sel, pelepasan terkawal dadah, penderiaan biomolekul dan bidang lain.
(2) Bahan pendarfluor: Oleh kerana keamatan pendarfluor yang tinggi dan hasil kuantum pendarfluor titik kuantum graphene, ia boleh digunakan dalam medan seperti paparan dan dakwat pendarfluor.
(3) Peralatan penyimpanan tenaga optoelektronik: Oleh kerana kekonduksian yang baik dan luas permukaan khusus yang tinggi bagi titik kuantum graphene, ia boleh digunakan sebagai bahan elektrod untuk supercapacitors, bateri lithium-ion dan aplikasi lain.
Secara ringkasnya, titik kuantum graphene telah menarik banyak perhatian sebagai bahan baharu. Walaupun kaedah penyediaan titik kuantum graphene belum cukup matang, prospek penggunaannya yang luas dalam bioperubatan, bahan pendarfluor, penyimpanan tenaga dan bidang lain patut ditunggu-tunggu.
