烷基化石墨烯和石墨烯量子点的制备、表征及性能研究

【摘要】石墨烯自被发现并报道以来,因其独特的结构和优异的物理化学性质成为物理、化学、材料科学等领域研究的热点。然而已有的制备方法中石墨烯的产率和产量都不尽如人意,合成得到的石墨烯也很难分散在一般的溶剂中,极大地限制了石墨烯在实际领域的应用。因此,发展一种可分散、高质量石墨烯的制备方法成为相关领域中的一个重点和难点课题。此外,纯的石墨烯是零带隙半导体,因此不会有光致发光现象,大大限制了它在光电器件中的应用。最近研究发现,当石墨烯的宽度小于10nm后,由于量子限域效应和边界效应的影响,得到的石墨烯纳米带或石墨烯量子点能够表现出半导体特性。这一发现突破了二维石墨烯材料本身的限制,激起了科学家对石墨烯纳米带和石墨烯量子点的研究兴趣。因此,打开石墨烯带隙使其有效发射荧光成为石墨烯领域共同关注的热点。本论文工作以天然石墨为原料,将其分散在四氢呋喃的萘钠溶液中,在卤代烷烃存在下合成得到各类烷基化石墨烯,并以制备的各类烷基化石墨烯为原料,通过溶剂热方法制备得到烷基化石墨烯量子点。我们对合成得到的石墨烯和石墨烯量子点进行了结构和化学组成表征,以及相关的性能研究。全文共分四章：第一章为石墨烯和石墨烯量子点的文献调研,包括性质、现有制备方法和应用前景,并阐明了本论文的选题思路和研究方法。第二章将石墨在四氢呋喃的萘钠溶液中进行还原,进而在卤代试剂存在下制备得到各类烷基化石墨层状化合物,最后经过轻微的超声即可剥离出1-5层的石墨烯。经过表征,我们发现制备的石墨烯在水或有机溶剂中具有良好的分散性,导电性好,在紫外灯的照射下能发出明亮的蓝色荧光。第三章制备功能化石墨烯量子点,以第二章制备的烷基化石墨烯为前驱体,通过溶剂热法(200℃20h)制备烷基化石墨烯量子点(AGQDs),合成得到的AGQDs大小均一(-2-6nm),厚度为1-3层,在水及一般的有机溶剂(包括极性和非极性)中均具有良好的分散性,并能够发射明亮的蓝色荧光,荧光量子产率达到65%。此外,我们合成得到的AGQDs的荧光性质对pH没有依赖性。本章探讨了AGQDs的形成机制和荧光特性,还制备了AGQDs-P25复合材料,结果表明这种复合物在可见光下催化降解染料方面有着良好的效果。第四章为工作总结和展望。
【作者】冯蓝；
【导师】邓顺柳；
【作者基本信息】厦门大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】石墨烯；石墨烯量子点；功能化；电导率；光致发光；光催化；

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