Graphenehiện là một trong những tài liệu phổ biến nhất để nghiên cứu. Nó có nhiều đặc tính ưu việt như độ dẫn điện cao, độ dẫn nhiệt cao, tính chất cơ học tốt, v.v. Gần đây, các chấm lượng tử làm bằng graphene cũng thu hút được sự chú ý rộng rãi. Các chấm lượng tử graphene được coi là vật liệu quan trọng cho thế hệ tiếp theo của các thiết bị lưu trữ quang, điện và năng lượng và đã thu hút sự chú ý nhờ lợi thế hiệu suất tuyệt vời của chúng trong các ứng dụng khác nhau. Bài viết này sẽ giới thiệu tính chất, tổng hợp và ứng dụng của chấm lượng tử graphene.
1. Hiệu suất củachấm lượng tử graphene
Chấm lượng tử graphene là một loại vật liệu carbon mới có đường kính thường nhỏ hơn 10 nanomet. So với các chấm lượng tử bán dẫn truyền thống, các chấm lượng tử graphene có những ưu điểm sau:
(1) Khả năng điều chỉnh kích thước: Các chấm lượng tử graphene có đường kính có thể điều chỉnh được. Điều này cho phép các chấm lượng tử graphene thể hiện nhiều tính chất và chức năng khác nhau trong các ứng dụng khác nhau.
(2) Hiệu suất quang điện tử mạnh: Cấu trúc dải của các chấm lượng tử graphene mang lại cho chúng những đặc tính quang và điện tuyệt vời.
(3) Độ ổn định tốt: Trên bề mặt chấm lượng tử graphene có nhiều nhóm chức, có thể ổn định tính chất hóa học bề mặt của chúng.
2. Tổng hợp chấm lượng tử graphene
Có hai phương pháp chế tạo chấm lượng tử graphene: từ trên xuống và từ dưới lên.
Tổng hợp từ trên xuống
Cách tiếp cận từ trên xuống đề cập đến quá trình khắc vật lý hoặc hóa học của vật liệu có kích thước lớn thành các chấm lượng tử graphene có kích thước nano, có thể được điều chế thông qua các con đường tẩy da chết bằng nhiệt, điện hóa và hóa học bằng dung môi.
Phương pháp nhiệt dung môi là một trong nhiều phương pháp chế tạo các chấm lượng tử graphene và quy trình của nó có thể được chia thành ba bước: đầu tiên, graphene bị oxy hóa được khử thành các tấm nano graphene dưới nhiệt độ cao ở trạng thái chân không; Oxy hóa và cắt các tấm nano graphene trong axit sulfuric đậm đặc và axit nitric đậm đặc; Cuối cùng, các tấm nano graphene bị oxy hóa được khử trong môi trường nhiệt dung môi để tạo thành các chấm lượng tử graphene.
Quá trình điều chế điện hóa các chấm lượng tử graphene có thể tóm tắt thành ba giai đoạn: giai đoạn là giai đoạn cảm ứng khi than chì sắp bong ra và hình thành graphene, màu của chất điện phân bắt đầu chuyển từ không màu sang màu vàng rồi chuyển sang màu sẫm. màu nâu; Giai đoạn thứ hai là sự giãn nở đáng kể của than chì ở cực dương; Giai đoạn thứ ba là khi các mảnh than chì bong ra khỏi cực dương và tạo thành dung dịch màu đen cùng với chất điện phân. Ở giai đoạn thứ hai và thứ ba, cặn được tìm thấy ở đáy cốc. Trong các phản ứng điện hóa, có sự tương tác giữa nước và anion trong chất lỏng ion, do đó sự phân bố hình dạng và kích thước của sản phẩm có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ nước và chất lỏng ion. Kích thước của chấm lượng tử được điều chế từ chất điện phân có nồng độ ion cao lớn hơn kích thước của chất điện phân có nồng độ ion thấp.
Nguyên lý tẩy da chết hóa học của sợi carbon là tẩy tế bào chết từng lớp nguồn carbon thông qua các phản ứng hóa học để thu được các chấm lượng tử graphene. Bành và cộng sự. sử dụng sợi carbon gốc nhựa làm nguồn carbon, sau đó bóc lớp than chì xếp chồng lên nhau trong sợi thông qua xử lý axit. Các chấm lượng tử graphene có thể thu được chỉ trong một bước, nhưng kích thước hạt của chúng không đồng đều.
Tổng hợp từ dưới lên
Cách tiếp cận từ dưới lên đề cập đến việc chuẩn bị các chấm lượng tử graphene sử dụng các đơn vị cấu trúc nhỏ hơn làm tiền thân thông qua một loạt lực tương tác, chủ yếu thông qua các con đường chuẩn bị như hóa học dung dịch, siêu âm và phương pháp vi sóng.
Phương pháp hóa học dung dịch chủ yếu được sử dụng để điều chế các chấm lượng tử graphene thông qua phương pháp hóa học pha dung dịch ngưng tụ oxy hóa aryl. Quá trình tổng hợp bao gồm phản ứng ngưng tụ dần dần của các polyme phân tử nhỏ (3-iodo-4-bromoaniline hoặc các dẫn xuất benzen khác) để thu được tiền chất đuôi gai polystyren, sau đó là phản ứng oxy hóa để thu được các nhóm graphene và cuối cùng là ăn mòn để thu được các chấm lượng tử graphene.
Nguyên lý vi sóng sử dụng đường (như glucose, fructose, v.v.) làm nguồn carbon, vì sau khi khử nước, đường có thể tạo thành C=C, có thể tạo thành đơn vị khung cơ bản của các chấm lượng tử graphene. Các nguyên tố hydro và oxy trong nhóm hydroxyl và carboxyl sẽ bị khử nước và loại bỏ trong môi trường thủy nhiệt, trong khi các nhóm chức năng còn lại vẫn sẽ liên kết với bề mặt của các chấm lượng tử graphene. Chúng tồn tại dưới dạng các lớp thụ động, có thể làm cho các chấm lượng tử graphene có khả năng hòa tan trong nước và đặc tính huỳnh quang tốt.
3. Ứng dụng chấm lượng tử graphene
Các chấm lượng tử graphene có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Dưới đây là một số ứng dụng này:
(1) Lĩnh vực y sinh: Chấm lượng tử graphene có khả năng tương thích sinh học tốt và được sử dụng rộng rãi trong hình ảnh tế bào, giải phóng thuốc được kiểm soát, cảm biến phân tử sinh học và các lĩnh vực khác.
(2) Chất huỳnh quang: Do cường độ huỳnh quang cao và hiệu suất lượng tử huỳnh quang của chấm lượng tử graphene nên chúng có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như màn hình và mực huỳnh quang.
(3) Thiết bị lưu trữ năng lượng quang điện tử: Do độ dẫn điện tốt và diện tích bề mặt riêng cao của các chấm lượng tử graphene, chúng có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện, pin lithium-ion và các ứng dụng khác.
Tóm lại, chấm lượng tử graphene đã thu hút nhiều sự chú ý như một loại vật liệu mới. Mặc dù các phương pháp chế tạo chấm lượng tử graphene vẫn chưa đủ trưởng thành nhưng triển vọng ứng dụng rộng rãi của chúng trong y sinh, vật liệu huỳnh quang, lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực khác rất đáng mong đợi.
