第一章 绪论
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热等辅助处理合成 GQDs。强酸氧化剥离法制备 GQDs 的原理是:在超声、加热
或者边加热边搅拌的辅助条件下,经过强酸的氧化后,在碳材料的表面会形成如
环氧基、羧基等化学官能团,且该官能团在 C-C 的晶格上成链状结构排列,使
得所在的石墨区域会沿着锯齿的方向断裂,经过长时间的氧化处理,会引发二维
结构的石墨域裂解,形成 GQDs。Peng 等
[30]
用浓硝酸和浓硫酸混合的形成的混
酸,在超声的条件下处理沥青碳纤维,随后边加热边搅拌,在 24 h 后加入水进
行稀释,最后将溶液的 pH 调至 8.0,制得 GQDs。利用该方法合成的 GQDs 不仅
结晶度和水溶性良好,且在其他极性的有机溶剂中的溶解度也较好。通过控制加
热的温度(80 ℃、100 ℃、120 ℃),可以制备出不同尺寸的 GQDs(1-4 nm、4-7 nm、
7-11 nm)。此后,还有大量的研究者以石墨
[31-32]
、碳纳米管
[33]
等碳材料,采用强
酸氧化剥离法合成 GQDs。这种方法的优点在于,制备的工艺简单,仅一步就制
得大量的 GQDs;制备的原料便宜,在一定程度上降低了制备成本。
1.2.2 自下而上法
水热合成法是的原理为:利用脱水聚合的化学反应,在水热条件下,一个化
合物的羟基和另一个化合物的氢原子,反应后生成一个水分子,随后该水分子脱
离,这两个化合物连接在一起,通过多次的脱水聚合反应,便形成了 GQDs,如
图 1.5 所示。Li 等
[34]
研究者以糖果和盐酸作为反应原料,在水热 170 ℃的条件下
反应 4 h,制得氯掺杂石墨烯量子点(Cl-GQDs)。该方法制备的量子点粒径分布均
匀,且该量子点的发射波长随着激发波长的改变而改变(具有波长依赖性)。后来
有研究者
[35]
选用柠檬酸和硫脲作为反应原料,在 160 ℃的条件下反应 4 h 后,制
得硫、氮掺杂的 GQDs(S,N-GQDs),该方法合成的 S,N-GQDs 的荧光量子产率高
达 78%。这种制备方法的优势在于:可以制得尺寸大小均一的 GQDs。
图 1.5 水热合成法法制备 GQDs 的反应机理图
[35]
热裂解是通过对固体前驱体进行高温裂解(直接加热固体,通过加热而使得
固体融化)而制备 GQDs 的一种较为简便的方法。制备图如 1.6 所示。Liu 等
[36]
最
先使用热裂解方法制备 GQDs,以六苯基为反应原料,通过脱氢环化制备 Hexa-
peri-hexabenzocoronene(HBC),然后以 HBC 作为碳源,用改进的 Hummers 法热