grafentrenutno je jedan od najpopularnijih materijala za istraživanje. Ima mnoge izvrsne karakteristike, kao što su visoka vodljivost, visoka toplinska vodljivost, dobra mehanička svojstva itd. Nedavno su kvantne točke izrađene od grafena također privukle široku pozornost. Grafenske kvantne točke smatraju se važnim materijalima za sljedeću generaciju optičkih, električnih i uređaja za pohranu energije, a privukle su pozornost zbog svojih izvrsnih prednosti u različitim primjenama. Ovaj će članak predstaviti svojstva, sintezu i primjenu grafenskih kvantnih točaka.
1. Izvedbagrafenske kvantne točke
Grafenske kvantne točke nova su vrsta ugljičnog materijala promjera obično manjeg od 10 nanometara. U usporedbi s tradicionalnim poluvodičkim kvantnim točkama, grafenske kvantne točke imaju sljedeće prednosti:
(1) Prilagodljivost veličine: grafenske kvantne točke imaju podesive promjere. To omogućuje grafenskim kvantnim točkama da pokazuju različita svojstva i funkcije u raznim primjenama.
(2) Snažna optoelektronička izvedba: vrpčasta struktura grafenskih kvantnih točaka daje im izvrsna optička i električna svojstva.
(3) Dobra stabilnost: Postoje mnoge funkcionalne skupine na površini grafenskih kvantnih točaka, koje mogu stabilizirati njihova površinska kemijska svojstva.
2. Sinteza grafenskih kvantnih točaka
Postoje dvije metode za pripremu grafenskih kvantnih točaka: odozgo prema dolje i odozdo prema gore.
Sinteza odozgo prema dolje
Pristup odozgo prema dolje odnosi se na fizikalno ili kemijsko graviranje materijala velikih dimenzija u grafenske kvantne točke u nanorazmjeru, koje se mogu pripremiti toplinskim, elektrokemijskim i kemijskim putem otapala.
Toplinska metoda otapala jedna je od mnogih metoda za pripremu grafenskih kvantnih točaka, a njezin se proces može podijeliti u tri koraka: prvo, oksidirani grafen se reducira u grafenske nanoploče pod visokom temperaturom u stanju vakuuma; Oksidirati i rezati grafenske nanoploče u koncentriranoj sumpornoj kiselini i koncentriranoj dušičnoj kiselini; Konačno, oksidirani grafenski nanoploče se reduciraju u toplinskom okruženju otapala kako bi se formirale grafenske kvantne točke.
Proces elektrokemijske pripreme grafenskih kvantnih točaka može se sažeti u tri faze: faza je indukcijsko razdoblje kada se grafit treba oljuštiti i formirati grafen, a boja elektrolita počinje se mijenjati iz bezbojne u žutu, a zatim u tamnu smeđa; Druga faza je značajno širenje grafita u anodi; Treća faza je kada se ljuskice grafita odlijepe od anode i zajedno s elektrolitom formiraju crnu otopinu. U drugom i trećem stupnju pronađen je talog na dnu čaše. U elektrokemijskim reakcijama postoji međudjelovanje između vode i aniona u ionskim tekućinama, pa se oblik i raspodjela veličine proizvoda mogu prilagoditi promjenom omjera vode i ionskih tekućina. Veličina kvantnih točaka pripremljenih iz elektrolita s visokom koncentracijom iona veća je od veličine elektrolita s niskom koncentracijom.
Princip kemijskog pilinga karbonskih vlakana je ljuštenje izvora ugljika sloj po sloj kroz kemijske reakcije kako bi se dobile grafenske kvantne točke. Peng i sur. upotrijebio je karbonska vlakna na bazi smole kao izvor ugljika, a zatim je kiselim tretmanom ogulio grafit naslagan u vlaknima. Grafenske kvantne točke mogu se dobiti u samo jednom koraku, ali su njihove veličine čestica neujednačene.
Sinteza odozdo prema gore
Pristup odozdo prema gore odnosi se na pripremu grafenskih kvantnih točaka korištenjem manjih strukturnih jedinica kao prekursora kroz niz interakcijskih sila, uglavnom kroz putove pripreme kao što su kemija otopine, ultrazvuk i mikrovalne metode.
Metoda kemije otopine uglavnom se koristi za pripremu kvantnih točaka grafena putem metode kemije faze otopine kondenzacije aril oksidacije. Proces sinteze uključuje postupnu reakciju kondenzacije malih molekula (3-jodo-4-bromoanilin ili drugi derivati benzena) polimera kako bi se dobili polistirenski dendritski prekursori, nakon čega slijedi reakcija oksidacije kako bi se dobile grafenske skupine, i konačno jetkanje kako bi se dobile grafenske kvantne točke.
Mikrovalni princip koristi šećere (kao što su glukoza, fruktoza, itd.) kao izvore ugljika, jer nakon dehidracije, šećeri mogu formirati C=C, koji može činiti osnovnu kosturnu jedinicu grafenskih kvantnih točaka. Elementi vodika i kisika u hidroksilnim i karboksilnim skupinama bit će dehidrirani i uklonjeni u hidrotermalnom okruženju, dok će se preostale funkcionalne skupine i dalje vezati na površinu grafenskih kvantnih točaka. Oni postoje kao pasivni slojevi, što može učiniti da grafenske kvantne točke imaju dobru topljivost u vodi i fluorescentna svojstva.
3. Primjena grafenskih kvantnih točaka
Grafenske kvantne točke imaju široke izglede za primjenu u više područja. Evo nekih od ovih aplikacija:
(1) Biomedicinsko područje: grafenske kvantne točke imaju dobru biokompatibilnost i naširoko se koriste u oslikavanju stanica, kontroliranom otpuštanju lijekova, biomolekularnom senzoru i drugim poljima.
(2) Fluorescentne tvari: Zbog visokog intenziteta fluorescencije i kvantnog prinosa fluorescencije grafenskih kvantnih točaka, one se mogu koristiti u poljima kao što su zasloni i fluorescentne tinte.
(3) Optoelektronička oprema za pohranjivanje energije: zbog dobre vodljivosti i velike specifične površine grafenskih kvantnih točaka, mogu se koristiti kao materijali za elektrode za superkondenzatore, litij-ionske baterije i druge primjene.
Ukratko, kvantne točke grafena privukle su veliku pažnju kao novi materijali. Iako metode pripreme grafenskih kvantnih točaka još nisu dovoljno zrele, isplati se veseliti njihovoj širokoj primjeni u biomedicini, fluorescentnim materijalima, pohrani energije i drugim poljima
