基于煤炭的石墨烯量子点制备及性能研究
发布时间：2021-09-01 02:24
石墨烯量子点（GQDs）是一种新兴的二维纳米材料。它不仅光学性质稳定,表面积大,而且生物相容性好,是纳米材料领域的研究热点之一。目前,GQDs的前驱体大多为碳纳米管、石墨烯等,但这些原料昂贵的价格限制了GQDs的制备和应用。因此,寻找优质、廉价的可替代碳材料迫在眉睫。本文以无烟煤、烟煤、褐煤和焦炭四种煤炭为起始材料,根据不同煤炭的结构与性质的差异,针对性地设计实验方案,制备出煤基GQDs并对其结构性能和实际应用进行研究。论文内容主要分为以下三个部分:（1）以无烟煤为碳源,通过简单的一锅水热法制备出黄色的GQDs。实验优化了制备过程的水热时间、反应温度、溶质种类和溶质浓度等条件。通过透射电镜、荧光光谱和红外光谱等方法研究了GQDs的结构和性质。所得GQDs对温度和pH均有良好的响应。在pH=2.0到8.0的范围内,线性为:F0/F=0.11136×pH+0.14341,R2=0.96438（F0为GQDs原有的荧光强度,F为不同条件下GQDs的荧光强度）。在pH=8.0到12.0的范围内,线性关系符合:F0/F=-0.06552×pH+1.49859,R2...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GQDs的结构示意图
石墨烯量子点的合成方法如图 1-2 所示，通常情况下根据起始碳材料的种类和最终产物尺寸的大小，GQD成路线可分为两类：一类为自上而下（Top-down），另一类为自下而上（Bottom-up者主要是大尺寸的碳源，比如常见的有 CNT6、GR7、炭黑8、金刚石13、活性炭这些碳前驱体都具有良好的 sp2晶体结构，但缺少有效的发射荧光的带隙。经过者化学法如化学氧化法14、水热法15、微波辅助方法16和电化学法17等的处理，粒径和表面基团得到调节，从而得到小粒径的、表面带有含氧官能团的 GQDs。om-up 的合成路线主要以小尺寸的有机小分子或者聚合物作为起始材料，通过热解、碳化等过程合成尺寸较大的 GQDs。常见的方法有水热/酸氧化18、有机物碳化微波/超声法20等。Bottom-up 的合成方法可以更多地提供了控制 GQDs 的尺寸与机会。接下来，我们将分别从两类路线中选取几种典型的制备方法进行论述。
图 1-3 电化学法从 MWCNTs 制备 GQDs 的步骤示意图23Fig. 1-3 Diagram of electrochemical various stages for GQDs from MWCNTs231-4 所示，2017 年，Yan24用碳纤维做阳极，铂片做阴极，当用纯的离子液体（质时，可电解得到 IL-官能化的发射蓝色荧光的 GQDs。更有趣的是，当 H2分别比为 0％、15％和 30％时，可以制备出发射蓝色、绿色和黄色荧光的 GQD最大发射波长分别为 435、500 和 530 nm。蓝色、绿色和黄色 GQDs 的平均 2.4±0.6、3.1±0.5 和 4.2±0.5 nm，这表明 GQDs 的荧光颜色可能与量子限。蓝色 GQDs 中有 BMIM+的烷基，而在绿色和黄色 GQDs 中均未发现，这 BMIM+的烷基对蓝色 GQDs 的产生至关重要。因此，GQDs 发射的荧光颜色尺寸和表面的官能团共同作用。
本文编号：3376092
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GQDs的结构示意图
石墨烯量子点的合成方法如图 1-2 所示，通常情况下根据起始碳材料的种类和最终产物尺寸的大小，GQD成路线可分为两类：一类为自上而下（Top-down），另一类为自下而上（Bottom-up者主要是大尺寸的碳源，比如常见的有 CNT6、GR7、炭黑8、金刚石13、活性炭这些碳前驱体都具有良好的 sp2晶体结构，但缺少有效的发射荧光的带隙。经过者化学法如化学氧化法14、水热法15、微波辅助方法16和电化学法17等的处理，粒径和表面基团得到调节，从而得到小粒径的、表面带有含氧官能团的 GQDs。om-up 的合成路线主要以小尺寸的有机小分子或者聚合物作为起始材料，通过热解、碳化等过程合成尺寸较大的 GQDs。常见的方法有水热/酸氧化18、有机物碳化微波/超声法20等。Bottom-up 的合成方法可以更多地提供了控制 GQDs 的尺寸与机会。接下来，我们将分别从两类路线中选取几种典型的制备方法进行论述。
图 1-3 电化学法从 MWCNTs 制备 GQDs 的步骤示意图23Fig. 1-3 Diagram of electrochemical various stages for GQDs from MWCNTs231-4 所示，2017 年，Yan24用碳纤维做阳极，铂片做阴极，当用纯的离子液体（质时，可电解得到 IL-官能化的发射蓝色荧光的 GQDs。更有趣的是，当 H2分别比为 0％、15％和 30％时，可以制备出发射蓝色、绿色和黄色荧光的 GQD最大发射波长分别为 435、500 和 530 nm。蓝色、绿色和黄色 GQDs 的平均 2.4±0.6、3.1±0.5 和 4.2±0.5 nm，这表明 GQDs 的荧光颜色可能与量子限。蓝色 GQDs 中有 BMIM+的烷基，而在绿色和黄色 GQDs 中均未发现，这 BMIM+的烷基对蓝色 GQDs 的产生至关重要。因此，GQDs 发射的荧光颜色尺寸和表面的官能团共同作用。
本文编号：3376092
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