新型氮杂二维碳纳米片的制备及其非线性光学性质的调控

【摘要】二维纳米材料因其独特的电子和结构特性引起了科研工作者的广泛关注,这些材料常会产生一些优于块材甚至块材没有的新性质。比如N原子掺杂的石墨烯及类石墨二维纳米材料,因为所掺杂N原子中的孤对电子与石墨烯及类石墨材料的大π体系共轭,常表现出优异的电学、光学和催化性能。本论文中,我们发展了简单、方便的实验方法,用以制备新型氮杂二维碳纳米片,并通过金属离子中心配位的方法对其进行化学修饰。研究发现,这类材料具有潜在的非线性光学应用前景,通过化学修饰和酸诱导纳米片聚集状态改变两种方法,可以有效调控其非线性吸收性质,因此这类新型氮杂二维碳纳米片在光限幅、激光防护领域具有广阔的应用前景。具体来讲,本论文工作主要分为以下几个部分：1.背景及文献综述。2.用水热法在较低温度下(230℃)一锅合成了氮富集石墨相的碳纳米片(g-CN)。通过电子显微镜和光谱技术对其形貌及结构进行表征发现,所得产物具有类石墨结构,同时在其分子结构中存在可配位金属离子的氮活性位点。3.在反应物中加入金属离子卤化物,用上述方法一锅合成了金属离子配位的石墨相氮富集碳纳米片(M-g-CN),同时通过改变所加金属离子卤化物的种类和比例,制备了不同金属离子配位的Co-g-CN,Fe,Co-g-CN纳米片和Pb-g-CN纳米粒子。制备的纳米片能够稳定存在于酸性溶液中,通过紫外-可见吸收光谱和激光光散射的研究发现,加入酸可以诱导g-CN纳米片发生小范围的平面自组装行为。4.利用Z-扫描方法研究了上述几种纳米材料在波长为532nm的入射激光激发下的非线性光学性质。结果表明,当纳米片分散在中性水溶液中时,随着入射光能量的增加,g-CN及金属离子配位的M-g-CN纳米片的非线性吸收行为均表现出由饱和吸收转反饱和吸收,(M-g-CN的反饱和吸收强度更强),最终在更高能量时又均转为饱和吸收的现象。当g-CN及M-g-CN纳米片分散在酸性水溶液中时,当入射激光能量低于40μJ时,随着入射能量的增加,均表现出明显的增强反饱和吸收,其中M-g-CN在入射能量较高时,光限幅性质强于基准物质C60。
【作者】温婷；
【导师】王强；
【作者基本信息】兰州大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】二维纳米材料；氮杂碳纳米片；酸诱导自组装；非线性光学；光限幅；Z-扫描；

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