几种掺杂型石墨烯量子点的溶液法制备及性质研究

发布时间：2017-07-26 15:36

  本文关键词：几种掺杂型石墨烯量子点的溶液法制备及性质研究

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【摘要】：发光石墨烯量子点(Graphene Quantum Dot,GQDs),由于其显著的荧光特性受到广泛的关注,理论和实验证明,GQDs除了具备石墨烯自身独特的性质外,还具备更强的量子限域效应和边缘效应,其在光电器件、传感器、生物成像等方面有较好的应用前景。但不足的是,目前合成的GQDs活性位点相对较少、荧光量子产率不高、选择性较差,这严重限制了GQDs的推广、应用。研究表明,异原子进入石墨烯结构,既可以有效的引入带隙,又可以增加石墨烯的缺陷和局域的反应活性,从而诱发许多特殊的理化特性。目前,掺杂型GQDs的制备及其机理的研究还处于初级阶段,因此,探究掺杂型GQDs的制备以及掺杂对GQDs的结构及性能的调控具有极大的科研意义和应用价值。本论文主要完成了以下几个方面的研究工作:1、以乙炔黑为碳源,通过回流法成功制备出单分散的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)和硫掺杂石墨烯量子点(S-GQDs)。在254 nm和365 nm紫外灯照射下,N-GQDs分别发出蓝光和绿光,S-GQDs分别发出紫光和蓝光。经透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征,表明回流法制备的两种掺杂GQDs的形貌均呈球形,平均粒径均在5 nm以内(d N-GQDs=3.3 nm,d S-GQDs=4.3 nm)。经X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)表征,证实N和S成功地掺杂进入了石墨烯结构。经光致发光实验(PL和PLE)和紫外可见吸收光谱(UV-vis)表征,表明引入N和S有效地调节了GQDs的电子结构和光学性能。2、以乙炔黑为碳源,通过水热法成功制备出单分散的锂掺杂石墨烯量子点(Li-GQDs)和锌掺杂石墨烯量子点(Zn-GQDs)。在254 nm和365 nm紫外灯照射下,Li-GQDs分别发出紫光和绿光,Zn-GQDs分别发出紫光和蓝光。经TEM和AFM表征,表明Li-GQDs呈球形,Zn-GQDs呈椭球形,粒径d Li-GQDs=3.5 nm、d Zn-GQDs=4.8 nm。经XPS、FTIR、XRD和Raman表征,证实Li和Zn成功地掺杂进入了石墨烯结构。经PL、PLE和UV-vis表征,表明引入Li和Zn有效地调节了GQDs的电子结构和光学性能。
【关键词】：掺杂型石墨烯量子点 乙炔黑 回流法 水热法
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 掺杂GQDs的研究进展11-14
• 1.2.2 掺杂GQDs的应用14
• 1.3 本文的研究内容14-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 研究方案15-17
• 第2章 实验原理与方法17-24
• 2.1 实验原理17-18
• 2.1.1 回流法17
• 2.1.2 水热法17-18
• 2.2 实验设备与材料18
• 2.2.1 主要设备18
• 2.2.2 主要材料18
• 2.3 性能表征18-24
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）19-20
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）20
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）20-21
• 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）21
• 2.3.5 X射线衍射（XRD）21
• 2.3.6 拉曼（Raman）散射光谱21-22
• 2.3.7 傅里叶变换红外光谱（FTIR）22
• 2.3.8 光致发光实验（荧光发射谱和PLE谱）22-23
• 2.3.9 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）23-24
• 第3章 回流法制备掺杂型石墨烯量子点的研究24-41
• 3.1 氮掺杂石墨烯量子点的制备及其表征24-33
• 3.1.1 引言24
• 3.1.2 实验部分24-25
• 3.1.2.1 实验装置24
• 3.1.2.2 实验步骤24-25
• 3.1.2.3 表征技术25
• 3.1.3 实验结果与讨论25-32
• 3.1.3.1 形貌表征25-28
• 3.1.3.2 结构表征28-31
• 3.1.3.3 光学性能表征31-32
• 3.1.4 结论32-33
• 3.2 硫掺杂石墨烯量子点的制备及其表征33-41
• 3.2.1 引言33
• 3.2.2 实验部分33
• 3.2.2.1 实验装置33
• 3.2.2.2 实验步骤33
• 3.2.2.3 表征技术33
• 3.2.3 实验结果与讨论33-40
• 3.2.3.1 形貌表征34-36
• 3.2.3.2 结构表征36-39
• 3.2.3.3 光学性能表征39-40
• 3.2.4 结论40-41
• 第4章 水热法制备掺杂型石墨烯量子点的研究41-61
• 4.1 锂掺杂石墨烯量子点的制备及其表征41-51
• 4.1.1 引言41
• 4.1.2 实验部分41-43
• 4.1.2.1 实验装置41-42
• 4.1.2.2 实验步骤42-43
• 4.1.2.3 表征技术43
• 4.1.3 实验结果与讨论43-51
• 4.1.3.1 形貌表征43-46
• 4.1.3.2 结构表征46-49
• 4.1.3.3 光学性能表征49-51
• 4.1.4 结论51
• 4.2 锌掺杂石墨烯量子点的制备及其表征51-61
• 4.2.1 引言51
• 4.2.2 实验部分51-52
• 4.2.2.1 实验装置52
• 4.2.2.2 实验步骤52
• 4.2.2.3 表征技术52
• 4.2.3 实验结果与讨论52-60
• 4.2.3.1 形貌表征52-56
• 4.2.3.2 结构表征56-58
• 4.2.3.3 光学性能表征58-60
• 4.2.4 结论60-61
• 第5章 结论与展望61-64
• 5.1 主要结论61-63
• 5.1.1 回流法制备N-GQDs和S-GQDs61-62
• 5.1.2 水热法制备Li-GQDs和Zn-GQDs62-63
• 5.2 论文创新点63
• 5.3 进一步的研究工作展望63-64
• 参考文献64-70
• 硕士期间发表的论文70-71
• 致谢71

【参考文献】

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1 吴娟霞;徐华;张锦;;拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J];化学学报;2014年03期

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本文编号：577074