粉體百（bǎi）科丨石墨烯量子點的製備方法盤點

粉體百科丨石墨烯（xī）量子點的製備方法盤點

石墨烯量子點(graphenequantumdots，GQDs)是準零維的納米（mǐ）材料，其內部電子在各方向（xiàng）上的運動都受到局（jú）限，所以量子局限效應特別顯著，具有許多獨特的性質。這或將為電子學、光（guāng）電學和電磁學領域帶來革命性（xìng）的變化。



　　目前製備GQDs的方法一（yī）般可以分為兩類：自上而下法(Top-down)和自下而上（shàng）法(Bottom-up)。自上而下法是通過物理或化學方（fāng）法將大尺寸的石墨烯破碎成小尺寸的石墨烯量子點。自下而上法是以小分子為前體，通過一係列化學反（fǎn）應逐步合成尺寸較大的GQDs。



　　自上（shàng）而下法



　　酸氧化法（fǎ）



　　強酸（suān）氧化（huà）剝離碳基（jī）材料是製備GQDs比較常用的一種（zhǒng）方法，也是其規（guī）模生產的典型途徑。通常使用濃H2SO4/HNO3來氧化破壞（huài）石墨、碳納米管、石墨烯等碳材料中的（de）C=C雙鍵，把這些碳材料切割成小尺寸的石墨烯量子點。



　　用強酸氧化切割製備GQDs雖是一種簡單可行的方法，但強酸具有高腐蝕性，操作時有一定危險，後（hòu）續分離提純產物的工藝複雜（zá）繁瑣。



　　電化學法



　　電化學法是製備（bèi）碳納米材料較為常用的（de）一種方法，電化學法製備GQDs的反應機理主要是在石墨（mò）烯片層上的缺陷處提供電化學氧化位點，通過電極施（shī）加足夠（gòu）的電位，驅動水電離出羥基和氧自由（yóu）基將碳晶格氧化，在石墨烯基麵上產生呈線性排列的（de）環氧（yǎng）基、羧基、羥基等含氧（yǎng）基團，同時（shí）使堆（duī）疊的石墨烯片層（céng）之間的間距增大。由於線性（xìng）排列的含氧基團（tuán）自身的表麵張力，石墨（mò）烯被切割成GQDs。由於表麵含（hán）氧官能團的存在，GQDs在水溶液中可以（yǐ）穩定分散，而且利用這（zhè）些（xiē）官能團可以進一步（bù）對GQDs進行化學修飾（shì）。



　　這（zhè）種方法可以（yǐ）得（dé）到質量穩定的GQDs，但（dàn）是原料處理複雜且產率較（jiào）低，因此難以宏量製備（bèi）。



　　水熱法（fǎ）



　　水熱法製備GQDs的機理是通過對石墨烯進行強（qiáng）酸氧化，在碳晶格上引（yǐn）入環氧基等含氧官能團，並（bìng）且在室溫下進一步氧（yǎng）化為羰基對。由於羰基對不穩定，在水熱條件下可以除去環氧鍵上的氧原子，從而破碎成GQDs。



　　溶劑熱法



　　溶（róng）劑熱法的機理與水熱法基本相同（tóng），其主要區別是使用了N，N-二（èr）甲基甲酰胺(DMF)等有一定還原性的有機溶（róng）劑替代水（shuǐ）作為溶劑，在破碎GO的同時，使其得到還原。



　　碳纖維剝離法



　　碳纖維剝離法是指以碳纖維為碳（tàn）源，剝離得到GQDs，其（qí）基本原理是通過（guò）化學或物（wù）理方法使石墨烯片層碎化，碳纖維結構被破壞，最終（zhōng）導致碳纖維(CF)橫向和縱向（xiàng）裂（liè）解，產生GQDs。



　　電子束、激（jī）光製備法



　　電子束（shù）、激（jī）光製備法均為機械物（wù）理方法，直接用（yòng）能（néng）量波照射石墨烯，通過高能量導致碳碳鍵斷開，進而破碎成納米級小分子（zǐ）。



　　自下而上法



　　溶液化學法



　　自（zì）上而下的方法中最常用的（de）是溶液化學法，通過將芳基氧化縮合的溶液（yè）相化學方法製（zhì）備GQDs。



　　溶液化學法（fǎ）總的（de）來說步驟比較（jiào）複雜，但優點在於能精（jīng）確控製單分散GQDs的形貌和尺寸。



　　微波輔助和超（chāo）聲法



　　在化學方法的（de）基礎上外加微波或超聲波輔助是一種新穎、高（gāo）效的合成量子點的方法。



　　微波輔助法將水熱法和微波技術的優點集於一（yī）體，微波所提供的均勻快速（sù）的熱（rè）能，有利於獲得（dé）尺寸更加（jiā）均一的粒子，已被廣泛應用於碳點、碳納米顆粒等納（nà）米材料的合成。



　　超（chāo）聲波法（fǎ）合成石墨烯（xī）量子點反應時間短，操作簡單，原（yuán）料便宜，合（hé）成條件簡單（dān），在大規模工業（yè）化生產（chǎn）中展現出較大優勢，缺點是製得產率較低（dī）。



　　熱解（jiě）法



　　熱解法通過加熱有機小分子使（shǐ）其達到熔點以上導致（zhì）小分子縮合，並緊接（jiē）著形成較大的大分子。



　　采用熱解法製備的（de）石（shí）墨烯量子點熒光量子產率較高，單分散性很好，性能也較穩定，可以（yǐ）長時間保存並大量生產。



　　參（cān）考來源：



　　百度文庫.石墨烯量子點



　　刁玉琦.石墨烯量子點製備方法研究進展



　　王維.石墨烯量子點製備方法研究進展



　　劉玉星.石墨烯量子點（diǎn）的製備及應用（yòng）



　　文豐.石墨烯量子點的製備方法及應用進展



　　陳衛（wèi）豐.石墨烯量子點的製備（bèi）及在生物傳感器（qì）中的應用研究進展



　　孫曉丹.石墨烯（xī）量子點的製備及其生物應用

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