氮掺杂石墨烯量子点的电化学法制备及其特性研究

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石墨烯量子点(GQDs)因具有较高的电子迁移率、良好的化学稳定性和较高的生物相容性,而被广泛应用于生物、医学、能源等领域。独特的量子限域效应及边界效应使得其在光电设备和荧光成像方面也具有巨大的潜力。对石墨烯量子点进行掺杂,则可以进一步提升其各方面性能。例如,氮原子的加入有助于增强石墨烯量子点的表面极性,并且可以增强其导电性。然而,如何制备高质量可调控且具有高荧光量子产率的石墨烯量子点依然是目前研究的重点问题。本论文通过电化学法制备了具有高荧光量子产率的氮掺杂石墨烯量子点,并初步探究了制备条件对其光致发光行为的影响。主要的研究内容及结果如下:1.通过化学气相沉积(CVD)法,将三聚氰胺同时作为碳和氮原子的来源,在镍基底上一步合成了氮掺杂碳纳米管和氮掺杂石墨烯三维复合材料(N-CNT/N-Graphene)。2.将N-CNT/N-Graphene作为前驱物,通过电化学法制备了氮原子掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs)。所制备的N-GQDs尺寸分布均匀,平均尺寸为2nm,绝大多数仅由1-3层石墨烯组成,且具有高达18%的氮掺杂水平,在日光和紫外光照射下都能保持较高的稳定性。将N-GQDs溶液调至不同的酸碱程度,发现N-GQDs在pH=2时具有最高的荧光强度。3.通过改变电化学制备N-GQDs的反应条件,探究其对荧光发射行为造成的影响。结果发现,电解液浓度和电流强度的改变都会导致荧光发射峰强度和峰位发生变化。其中,电解液浓度为0.2 mol/L,电流强度为0.01 A时,所制备的N-GQDs具有最高的荧光量子产率(19%)。
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