石墨烯量子点的制备及其荧光性质的研究

摘要

石墨烯是单层碳原子紧密堆积形成的二维晶体，是零带隙材料。当石墨烯片尺寸小于100nm时，会由于量子限域效应进而产生带隙，因此将二维的石墨烯片转变为0维的石墨烯量子点(GQDs)会使其产生荧光，本文以柠檬酸热解法制备GQDs，探究了不同制备工艺，不同溶剂及金属Ag粒子对GQDs荧光的影响，主要开展了以下工作:
　　1、以柠檬酸为碳源，采用热解法分别在不同热解温度、热解时间、溶液pH条件下制备了GQDs，结果表明在180-200度，5-20min范围内所制备的GQDs的荧光都有不同程度的激发依赖性，随着热解温度或热解时间的增加，荧光谱逐渐变宽，且强度逐渐降低，其最强发射峰的位置逐渐向长波方向移动。热解温度过高，热解时间过长都会增加柠檬酸碳化的程度，增大GQDs的尺寸，减弱GQDs的荧光强度。所制备的GQDs溶液也受pH值的影响，在pH为7的中性溶液中，GQDs荧光最强，在酸性或碱性溶液中，荧光都会减弱。
　　2、将热解法制备的GQDs分别溶于戊烷，乙醇，丙酮中。所制备的GQDs平均尺寸为4.9nm，包含1-5层石墨烯。发射光谱表明GQDs的荧光具有明显的溶剂依赖性。GQDs在非极性溶剂戊烷中，表现出对激发波长不依赖的荧光性能，且发射波长在近紫外。而在极性溶剂乙醇、丙酮中，发光峰红移到可见光区。发光峰的位置依赖于激发波长，这种激发依赖的行为可能是由溶剂弛豫过程和荧光发射过程在一个时间范围内而引起的红边效应造成的。而GQDs在非极性溶剂戊烷中，红边效应消失，导致了较窄的荧光光谱，且独立于激发波长。
　　3、1mg/mL的GQDs碱性水溶液中加入不同含量的0.1mol/L的AgNO3，在紫外灯照射下将Ag+还原为Ag.结果发现GQDs-Ag的荧光强度随AgNO3含量的增加而减弱，呈现含量依赖的特性，但其荧光峰位置不随Ag含量的变化而变化，也不随激发波长的改变而改变。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 石墨烯量子点的制备方法

1．2．1 自上而下方法

1．2．2 自下而上方法

1．3 石墨烯量子点的荧光机制

1．3．1 表面／边界态发射

1．3．2 内部态发射

1．4 石墨烯量子点的应用

1．4．1 生物成像

1．4．2 药物传送

1．4．3 传感器

1．4．4 光催化

1．4．5 光伏器件

1．5 本论文的主要研究内容

第二章 石墨烯量子点的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与试剂

2．2．2 实验设备与仪器

2．2．3 石墨烯量子点的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 石墨烯量子点的形貌表征

2．3．2 石墨烯量子点的荧光性质

2．4 小结

第三章 石墨烯量子点的制备工艺对其荧光性质的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同反应温度对石墨烯量子点荧光性质的影响

3．3．2 不同反应时间对石墨烯量子点荧光性质的影响

3．3．3 不同pH值对石墨烯量子点荧光性质的影响

3．4 小结

第四章 溶剂对石墨烯量子点荧光性质的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与试剂

4．2．2 石墨烯量子点的制备

4．3 结果与讨论

4．4 小结

第五章 Ag对石墨烯量子点荧光性质的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料与试剂

5．2．2 GQDs-Ag的制备

5．3 结果与讨论

5．4 小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况

致谢