荧光石墨烯量子点的制备及其荧光机理分析

石墨烯量子点(GQDs)因其潜在的全光谱荧光可调控性和稳定性,在环境化学、物理器件、生物医药等诸多领域被认为是最有前景的纳米材料之一。探索GQDs的荧光发光机理,调控荧光能谱,进一步开发可控性合成与生长途径和工艺,尤其可批量及规模化生产方式,是GQDs器件应用中亟待解决的关键问题。从自上而下(Top-down)法、自下而上(Bottom-up)法和表面修饰等3个方面介绍了荧光GQDs的制备及调控,比较了GQDs与其它量子点材料荧光性质的异同,并重点综述了GQDs的量子限域效应以及边缘态和表面态对其光致荧光性质的影响。     

石墨烯量子点的制备及其生物应用

石墨烯量子点(GQDs)作为石墨烯材料的衍生物, 在兼顾了石墨烯优良特性的同时, 又依靠量子限域效应和边界效应而具备了光致发光(PL)等石墨烯所不具备的性质, 而且在细胞毒性、生物相容性等方面也有更好的表现。近年来, GQDs的制备方法日趋多样化, 通常将其分为Top-down和Bottom-up两种方法。随着GQDs在生物医学领域应用的不断深化, 对其形貌和尺寸控制也提出了更高的要求, 因此本文对Bottom-up法等一些有希望精确控制GQDs形貌和尺寸的方法进行了重点介绍, 并对各种方法的优缺点进行了对比。目前GQDs的生物应用主要包括生物成像、生物传感器、药物输运和抗菌剂等, 本文对其各种应用分别进行了介绍, 并结合各种应用对GQDs的要求给出了制备方法的建议。文章最后还指出了GQDs研究中存在的问题及发展方向。     

北大课题组在旋转双层石墨烯光电器件研究中取得进展

正石墨烯(graphene)是由单层碳原子构成的零带隙的二维晶体,具有狄拉克锥型的线性能带结构、超高的载流子迁移率及宽带光响应等特性。然而,无带隙的能带结构限制了石墨烯在场效应晶体管等电子器件领域以及光电领域的应用和发展。当两层石墨烯以不同旋转角度进行层间堆垛时,可构成一类新的二维碳材料——旋转双层石墨烯(twisted bilayer     

热解柠檬酸制备石墨烯量子点及其光学性质研究

通过热解柠檬酸制备发蓝光的石墨烯量子点(GQDs),并进一步水热处理得到蓝绿色荧光量子点(gGQDs)。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和X射线衍射对制备的GQDs的结构和光学性质进行了表征和测试;同时,讨论了不同裂解温度和裂解时间及水热处理过程的温度和时间对GQDs荧光性能的影响。     

氮化硼二维纳米材料剥离制备技术研究进展

氮化硼二维纳米材料具有与石墨烯相当的强度、较宽的带隙、优良的化学稳定性和热稳定性,在绝缘、含氧、高温的条件下具有独特的应用价值,其制备技术及性能的研究是近年来材料科学领域研究的热点之一。剥离制备方法尤其是化学剥离法具有成本低、质量好、容易控制等优点,是制备氮化硼二维纳米材料的有效方法。本文详述了各种剥离方法制备氮化硼二维纳米材料的现状、存在的问题,指出深入研究剥离机理、开发新型高效剥离方法、制备稳定单层氮化硼应该是今后本领域的重点研究方向。     

石墨烯在计量科学中的应用

石墨烯是一种具有奇异特性的新型材料,它由单层碳原子构成六方蜂巢状二维结构。因其具有独特的电子能带结构而显示相对论电子学特性,石墨烯是迄今为止人类发现的最理想的二维电子系统,具有丰富而新奇的物理特性。综述了石墨烯的结构、特性、制备方法及其可能的工业应用,结合现代计量科学进展,对石墨烯在量子计量基准中的应用前景进行了展望。     

半导体量子点玻璃的研究进展

介绍了半导体量子点材料禁阻类型,详细阐述了共熔法、溶胶-凝胶法、离子注入法等半导体量子点玻璃材料的制备方法,探讨了半导体量子点玻璃的尺寸效应、禁阻效应、库仑阻塞效应和非线性光学效应等特性及其未来应用前景.     

氮化硼量子点的制备及应用综述

氮化硼量子点是一类新型的零维纳米材料,它具备独特的荧光性能、高导热性、化学稳定性以及良好的生物相容性等出色的理化特性.氮化硼量子点在光电子学、电子元件、传感和催化、生物传感器和生物成像等领域已展现出极为广阔的应用前景,但其高效制备依然面临巨大挑战.因此,探索氮化硼量子点高效制备的新方法并进一步拓展其应用领域是当前纳米材料工程领域新的研究焦点.目前,氮化硼量子点的制备可以归纳为"自上而下"和"自下而上"两种方法.其中自上而下法是当前制备的主要方法,此方法类型多样,包括水热法、溶剂热法、超声剥离法以及碱金属插层法等.虽然自上而下法可实现大规模制备氮化硼量子点,但这类方法大都需要有机溶剂、强碱和高温等条件.自下而上的方法利用含有氮和硼元素的前体分子合成氮化硼量子点,可以实现量子点结构的精确控制,但这类方法不适合于大规模制备硼量子点.目前氮化硼量子点的大规模高效制备研究虽然还处在早期阶段,但已有的研究成果为其今后高效大规模的可控制备奠定了基础.同时,以量子点制备工作为基础,许多氮化硼量子点的应用工作也在如火如荼地开展之中,其中包括细胞成像、纤维染色、金属离子检测、化学发光传感器、指纹荧光成像和维生素的检测等,这些应用研究反过来也进一步促进了量子点制备工作的开展.本文对近年来氮化硼量子点的制备进行了系统的梳理,并对其在应用领域取得的研究成果进行了总结分析,最后提出了氮化硼量子点的制备及应用研究的思路,以期为后续的研究提供参考.     

石墨烯量子点在分离膜材料中的应用研究进展

在传统分离膜中引入纳米材料,有望解决选择性与渗透性之间存在的Trade-off效应、膜污染、化学稳定性等关键共性技术难题.零维石墨烯量子点(GQDs)纳米材料具有尺寸小、比表面积大、亲水性强等突出优点,在分离膜材料领域具有潜在的应用前景.本文归纳了基于界面聚合、相转化、表面改性等常规制膜方法,将GQDs或改性GQDs引入活性层(表层)、中间层或支撑层(亚层)等膜基质中,实现调控与优化分离膜结构与性能的最新研究进展.探讨了GQDs与改性GQDs对界面聚合"反应-扩散"过程、铸膜液热力学与相转化动力学过程以及层状膜层间距的影响机制,并阐述了引入GQDs或改性GQDs赋予分离膜抑菌、自清洁、荧光检测等新功能的原因.最后,展望了基于GQDs开发新型膜材料所面临的机遇和挑战.     

模板法及其在纳米材料制备领域的应用研究进展

纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应使其展现出许多特有的性质,在电子、环境保护、生物医药等领域具有广阔的应用前景.模板法组装纳米材料是一种简单有效的途径.系统介绍了氧化铝、多孔硅、生物大分子、表面活性剂等6种常见模板的特点及制备机理,给出了各类方法制备纳米材料的最新进展,并展望了模板法制备纳米材料的前景.     

石墨烯量子点的制备及应用研究进展

石墨烯量子点是一种新型的零维碳纳米材料,不同于常规碳材料,因其具有量子局限效应和边缘效应,在催化、检测、生物医学以及传感器等化工领域显示出重要的应用价值。因此,石墨烯量子点的制备以及应用研究迅速成为石墨烯研究领域的热点之一。综述了石墨烯量子点的制备以及应用研究的发展现状,探讨了现今该领域亟待解决的问题以及今后的发展趋势和前景。     

二维黑磷物理性质及化学稳定性的研究进展

1914年科研工作者首次合成了黑磷的块体形式。在黑磷沉寂了100年之后,2014年人们成功地将其薄化到少层状态,得到了新型二维纳米材料——二维黑磷。它是由磷原子堆叠而成的单一元素的二维层状半导体材料,具有合适的可控直接带隙、高的载流子迁移率、高的漏电流调制率、较高的开关电流比、良好的导电导热能力和明显的平面各向异性等性质,在低维无机半导体领域备受关注。二维黑磷是一种具有众多优异性质的内禀p型材料,但在空气中的不稳定性使得目前还不能分离得到大面积磷烯(即单原子层黑磷)薄膜,这限制了二维黑磷的应用。本文综述了自2014年以来国内外关于二维黑磷的研究进展,系统介绍了二维黑磷的结构、制备与性质,重点归纳了包括电学性质、光学性质、力学性质、热学性质和磁学性质在内的物理性质及化学稳定性。最后总结并展望了二维黑磷作为电子材料的广阔前景。     

石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

以三维锐钛矿TiO₂微球为上层光散射层材料, 以商业纳米TiO₂为下层连接材料, 采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO₂薄膜, 并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中, 石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入, CdS/CdSe量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了CdS/CdSe量子点敏化及石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池, 并研究了石墨烯量子点及CdS不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明, 石墨烯量子点及CdS不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下, TiO₂/QGDs/CdS(4)/CdSe电池的光电转换效率为1.24%, 光电流密度为9.47 mA/cm², 显著高于TiO₂/CdS(4)/CdSe电池的这些参数(0.59%与6.22 mA/cm²)。这主要是由于TiO₂表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输, 减少了载流子的复合。     

碳量子点的合成、表面改性及应用研究进展

碳量子点(CDs)因其独特的物理或化学特性而被广泛应用于各领域。与传统半导体量子点相比,CDs的最大优点是低细胞毒性,高生物相容性,同时对环境友好。通过选择特定的合成或改性方法来获得满足应用条件的碳点,是研究人员的迫切需求。综述了CDs的自上而下和自下而上的各种合成方法并描述了其合成后的各种特性,其中自上而下法偏向于生产较大量的碳点,但尺寸和碳点形态难以控制。自下而上法能更好地控制碳点的尺寸及形状,但过程较为复杂耗时。再进一步探讨了CDs的表面改性包括表面钝化,表面功能化的研究进展。不同合成方法或改性方法制备的碳点特性具有较大差别,延伸出其在各方面的应用,包括细胞成像,荧光传感,药物递送,光催化,离子检测等。最后总结分析了碳点研究可进一步探索的方面,以期为碳点更深入的研究与更广泛的应用提供参考。     

石墨烯量子点的制备及应用进展

石墨烯量子点作为零维纳米材料,以其优异的电学、光学、热学等特性而备受关注。石墨烯量子点不仅具有石墨烯的特性,同时还具备量子点的特殊结构特征。石墨烯量子点表现出的很多新颖的特性,引起了越来越多的科研工作者的关注。本文综述了石墨烯量子点的主要制备方法以及相关领域的研究进展,最后对石墨烯量子点的应用前景进行了展望。     

石墨烯的制备技术研究进展

石墨烯以其高强度、高导电性、极轻薄等优势,使其在电子、航天、军工、生物、新能源、半导体等领域具有广阔的应用潜力,成为国际上的研究热点和竞争焦点。石墨烯的制备是石墨烯走向应用的关键,如何大规模制备高质量、大尺寸、低成本的石墨烯是产业化亟待解决的问题。本文对近些年在石墨烯的制备方法方面取得的进展及优缺点进行了综述。     

无缺陷石墨烯尺寸稳定性理论限制探讨

石墨烯研究小组获得了2010诺奖，许多研究者对其进行了研究分析和预测。作为二维材料，石墨烯是一个基于石墨构筑单元结构。文章的量子理论计算显示，悬浮石墨烯的稳定尺寸受到量子隧道效应限制，制备超过100微米以上稳定光滑的单层悬浮石墨烯可能性极小。在衬底上石墨烯可以获得高达30英寸以上的尺寸，但是它会容易发生卷曲和破损以获得再次稳定。多层石墨烯尺寸达到数百微米后，基于同样的原因很难分层获得完美光滑的石墨烯。     

石墨烯基二维垂直异质结的制备及光电子器件

石墨烯和类石墨烯二维半导体材料因其独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注,将二者结合组成的石墨烯基二维垂直异质结近年来备受研究者的青睐.本文简要介绍了石墨烯基二维垂直异质结的基本概念和性质,综述了石墨烯基二维垂直异质结制备技术的最新进展情况,对比分析了不同制备方法各自的优缺点,总结了石墨烯基二维垂直异质结在光电子学器件应用的最新进展.最后对石墨烯基二维垂直异质结的研究和发展方向做了展望.     

纳米Si薄膜光学性质和弹性常数的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对厚度为0.54～3.30nm纳米Si薄膜的电子结构、光学性质及弹性常数进行了计算。结果表明,纳米Si薄膜是直接带隙半导体材料;随着纳米Si薄膜厚度的减小,带隙逐渐增大;薄膜的光学吸收边发生蓝移,吸收带出现宽化现象;弹性常数、杨氏模量和泊松比呈现尺寸效应。     

石墨烯的制备与应用研究进展

石墨烯是由单层碳原子构成的新型二维晶体材料.在过去的几年里,这种独特的单原子层结构展现了许多奇特的物理化学性质,并且已经在微电子、量子物理、材料和化学等领域表现出优异的性能和广泛的应用前景,使碳材料继碳纳米管后再次成为国内外的研究热点.本文简要概述了石墨烯的性质、制备方法以及潜在应用,并对它的未来发展做了展望.