石墨烯小知識|石墨烯量子點

1.什么是量子點？

   量子點（QuantumDot）是由有限數目的原子構成，屬于準零維材料，即在三個維度上尺寸均呈現納米級別。外觀恰似球形物或者類球形，其內部電子在各個方向的運動均會受到限制，因此量子限域效應非常明顯。

   顧名思義，石墨烯量子點(Graphene Quantum Dots)一般是橫向尺寸在100nm以下，縱向尺寸可以在幾個納米以下，具有一層、兩層或者幾層的石墨烯結構，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性來源于石墨烯以及碳點，表現出生物低毒性、優異的水溶性、化學惰性、穩定的光致發光、良好的表面修飾。

2.怎么制備石墨烯量子點？

   石墨烯量子點的合成可以看做是對碳納米晶體合成方法的延伸和補充，仍舊分為：自上而下和自下而上的制備。

   自上而下的方法是指通過物理或化學方法將大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水熱法、電化學法和化學剝離碳纖維法等；

 自下而上的制備法則是指以小分子作前驅體通過一系列化學反應制備GQDs，主要是溶液化學法、超聲波和微波法等。

3. 石墨烯量子點發光機理

   一提起量子點很多人腦中想到的都是美美的彩虹畫面，即熒光，熒光是種光致冷發光的現象，當某種常溫物質經某種波長的入射光 (通常是紫外線或 x-ray) 照射，吸收光能后進入激發態，且立即退激發并發出出射光，而熒光可在吸光激發后約 10^-8秒內發光，其能量小于吸光的能量。通常，若是把材料制成量子點大小，則電子容易受到激發而改變能階，與電洞（空穴）結合后就會放出光。

   石墨烯量子點由于邊緣效應和量子尺寸效應，可表現出獨特的光化學特質。石墨烯除了具有碳量子點所具有的優點外，其熒光具有激發波長依賴性。當激發波長從 310 nm 變成 380 nm 時，熒光發射峰位置的相應從 450 nm 移至 510 nm，光致發光強度迅速降低。

   一般而言，氧化石墨烯表現出寬譜的紅光發射，取決于其含有的含氧官能團，而氧化石墨烯被還原之后由于含氧官能團減少以及結構的改變，主要呈現藍光（第一性原理模擬推測其由碳空位缺陷引發）。修飾類石墨烯具有相似的規律，發光光譜主要由兩部分組成：藍光發光峰位（不移動）、長波長發光（峰位移動），相對于沒有經過修飾的石墨烯，其長波長發光顯著增強。由于嫁接的官能團能夠提供新的激發躍遷過程，并且增強原本很弱的 sp2 碳原子簇尺寸效應的激發過程，使得相應的發光過程得到增強。比如，目前報道比較多的B、N、P、S摻雜等。

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