中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯量子點(diǎn)(graphene quantum dots,，GQDs)是準(zhǔn)零維的納米材料,，其內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動(dòng)都受到局限,，所以量子局限效應(yīng)特別顯著，具有許多獨(dú)特的性質(zhì),。這或?qū)殡娮訉W(xué),、光電學(xué)和電磁學(xué)領(lǐng)域帶來革命性的變化。
目前制備GQDs的方法一般可以分為兩類：自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up),。自上而下法是通過物理或化學(xué)方法將大尺寸的石墨烯破碎成小尺寸的石墨烯量子點(diǎn),。自下而上法是以小分子為前體，通過一系列化學(xué)反應(yīng)逐步合成尺寸較大的GQDs,。
石墨烯量子點(diǎn)“自上而下”和“自下而上”的合成方法示意圖
自上而下法
酸氧化法
強(qiáng)酸氧化剝離碳基材料是制備GQDs比較常用的一種方法,，也是其規(guī)模生產(chǎn)的典型途徑。通常使用濃H2SO4/HNO3來氧化破壞石墨,、碳納米管,、石墨烯等碳材料中的C=C雙鍵，把這些碳材料切割成小尺寸的石墨烯量子點(diǎn),。
用強(qiáng)酸氧化切割制備GQDs雖是一種簡單可行的方法,，但強(qiáng)酸具有高腐蝕性，操作時(shí)有一定危險(xiǎn),，后續(xù)分離提純產(chǎn)物的工藝復(fù)雜繁瑣,。
電化學(xué)法
電化學(xué)法是制備碳納米材料較為常用的一種方法,，電化學(xué)法制備GQDs的反應(yīng)機(jī)理主要是在石墨烯片層上的缺陷處提供電化學(xué)氧化位點(diǎn),，通過電極施加足夠的電位，驅(qū)動(dòng)水電離出羥基和氧自由基將碳晶格氧化,，在石墨烯基面上產(chǎn)生呈線性排列的環(huán)氧基,、羧基、羥基等含氧基團(tuán),，同時(shí)使堆疊的石墨烯片層之間的間距增大,。由于線性排列的含氧基團(tuán)自身的表面張力，石墨烯被切割成GQDs,。由于表面含氧官能團(tuán)的存在,，GQDs在水溶液中可以穩(wěn)定分散，而且利用這些官能團(tuán)可以進(jìn)一步對GQDs進(jìn)行化學(xué)修飾,。
這種方法可以得到質(zhì)量穩(wěn)定的GQDs,，但是原料處理復(fù)雜且產(chǎn)率較低,，因此難以宏量制備。
水熱法
水熱法制備GQDs的機(jī)理是通過對石墨烯進(jìn)行強(qiáng)酸氧化,，在碳晶格上引入環(huán)氧基等含氧官能團(tuán),，并且在室溫下進(jìn)一步氧化為羰基對。由于羰基對不穩(wěn)定,，在水熱條件下可以除去環(huán)氧鍵上的氧原子,，從而破碎成GQDs。
溶劑熱法
溶劑熱法的機(jī)理與水熱法基本相同,，其主要區(qū)別是使用了N,，N-二甲基甲酰胺(DMF)等有一定還原性的有機(jī)溶劑替代水作為溶劑，在破碎GO的同時(shí),，使其得到還原,。
碳纖維剝離法
碳纖維剝離法是指以碳纖維為碳源，剝離得到GQDs,，其基本原理是通過化學(xué)或物理方法使石墨烯片層碎化,，碳纖維結(jié)構(gòu)被破壞，最終導(dǎo)致碳纖維(CF)橫向和縱向裂解,，產(chǎn)生GQDs,。
電子束、激光制備法
電子束,、激光制備法均為機(jī)械物理方法,，直接用能量波照射石墨烯，通過高能量導(dǎo)致碳碳鍵斷開,，進(jìn)而破碎成納米級小分子,。
自下而上法
溶液化學(xué)法
自上而下的方法中最常用的是溶液化學(xué)法，通過將芳基氧化縮合的溶液相化學(xué)方法制備GQDs,。
溶液化學(xué)法總的來說步驟比較復(fù)雜,，但優(yōu)點(diǎn)在于能精確控制單分散GQDs的形貌和尺寸。
微波輔助和超聲法
在化學(xué)方法的基礎(chǔ)上外加微波或超聲波輔助是一種新穎,、高效的合成量子點(diǎn)的方法,。
微波輔助法將水熱法和微波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)集于一體，微波所提供的均勻快速的熱能,，有利于獲得尺寸更加均一的粒子,，已被廣泛應(yīng)用于碳點(diǎn)、碳納米顆粒等納米材料的合成,。
超聲波法合成石墨烯量子點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間短,，操作簡單，原料便宜，合成條件簡單,，在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中展現(xiàn)出較大優(yōu)勢,，缺點(diǎn)是制得產(chǎn)率較低。
熱解法
熱解法通過加熱有機(jī)小分子使其達(dá)到熔點(diǎn)以上導(dǎo)致小分子縮合,，并緊接著形成較大的大分子,。
采用熱解法制備的石墨烯量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率較高，單分散性很好,，性能也較穩(wěn)定,，可以長時(shí)間保存并大量生產(chǎn)。
參考來源：
百度文庫.石墨烯量子點(diǎn)
刁玉琦.石墨烯量子點(diǎn)制備方法研究進(jìn)展
王維.石墨烯量子點(diǎn)制備方法研究進(jìn)展
劉玉星.石墨烯量子點(diǎn)的制備及應(yīng)用
文豐.石墨烯量子點(diǎn)的制備方法及應(yīng)用進(jìn)展
陳衛(wèi)豐.石墨烯量子點(diǎn)的制備及在生物傳感器中的應(yīng)用研究進(jìn)展
孫曉丹.石墨烯量子點(diǎn)的制備及其生物應(yīng)用
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