本文主要研究内容
作者高富桦（2019）在《氟、氯掺杂石墨烯量子点的制备及其光致发光性能研究》一文中研究指出：石墨烯量子点（Graphene Quantum Dots,GQDs）是一种准零维的纳米碳材料,近年来其以稳定而明亮的光致发光（Photoluminescence,PL）属性、良好的生物相容性、优异的催化活性以及化学惰性而受到学术界广泛的关注。目前,GQDs的应用很大方面取决于其PL性质,因此调控GQDs的PL对于拓展其应用领域是至关重要的。事实上GQDs的PL性质受到多方面的因素影响,包括GQDs的尺寸大小、形状、边界类型、表面官能团类型及含量、掺杂的杂质原子的类型及浓度等,甚至在不同的环境如PH值或温度也可能会影响其PL性能。因此,调控GQDs的PL性质,一方面可通过不同的方法制备出性能不同的GQDs来实现,另一方面可以通过对所制备的GQDs进行修饰达到改善其PL性质来实现。众所周知氟原子具有很强的电负性,可以与碳原子形成多轨道或单轨道杂化碳氟键,这将会影响GQDs共轭平面的电子分布,其一系列的性质也会随之而变化,通过对GQDs氟化可以获得带隙可调控的氟化石墨烯量子点。此外,与氟元素在同一主族的氯元素也有相似的化学性质,氯掺杂石墨烯量子点的结构及其性能也是值得去研究的。本文的主要研究内容如下:1、以两种不同原材料利用回流氧化法制备两种氧化石墨烯量子点其一为以VXC-72球形炭黑为原料,浓硝酸为氧化剂,利用回流氧化法制备氧化石墨烯量子点（Graphene Oxide Quantum Dots,GOQDs）。以5g炭黑为原料,500ml硝酸氧化剂在135℃下反应24h所制备得到的GOQDs样品经称量后为3.3862g,GOQDs产率高达67.7%。制备的GOQDs在一定激发光波长下能够发出525nm的稳定而明亮的荧光。其二为以天然鳞片石墨为原料,先使用改进的Hummers法制备成氧化石墨,然后以浓硝酸为氧化剂利用回流氧化法将氧化石墨烯切割成GOQDs,使用8g原料制备得到14.2g干燥的氧化石墨,取其中3g氧化石墨利用回流氧化法制备可得到1.1g的GOQDs,以天然鳞片石墨来计算GOQDs的产率为65%。结果表明以两种原材料制备的GOQDs的结构与性质基本相同,其PL谱有微小差别。这为使用GQDs的母体材料石墨为原材料制备高产率的GOQDs提供一条重要途径。2、水热法制备氟化氧化石墨烯量子点及其PL性能研究以所制备的GOQDs为原材料,以二氟化氙（化学式:XeF2）为氟源,利用水热法制备氟化氧化石墨烯量子点（Fluorinated Graphene Oxide Quantum Dots,F-GOQDs）。XeF2与GOQDs混合转移到高压反应釜内在200℃下反应24h,可获得PL性质与GOQDs不同的F-GOQDs。通过改变反应物XeF2与GOQDs质量比,可以获得氟化程度不一样的F-GOQDs。通过各种表征手段去深入研究分析氟原子在GOQDs的结合类型、氟化程度,探究氟在GOQDs中的不同结合类型以及不同氟浓度对F-GOQDs的PL性质的影响,分析发现F-GOQDs的带隙具有氟浓度依赖的特点,这表明可以通过调控XeF2与GOQDs质量比来调控F-GOQDs的含氟量,进而调控其带隙,获得PL性能不一样的F-GOQDs。3、光化学法制备F-GOQDs及其PL性能研究以所制备的GOQDs为原始材料,以XeF2为氟源利用光化学法制备F-GOQDs。把XeF2与GOQDs在石英舟中混合后转移到光化学反应室中,使用汞灯产生的紫外线光照混合物可快速制得F-GOQDs。与水热法制备F-GOQDs的情形相似,利用光化学法通改变反应物XeF2与GOQDs质量比,可以获得氟化程度不一样的F-GOQDs。通过光化学法氟化可以制备含氟量高达53.17 at%的F-GOQDs,而使用水热法则无法制备氟化浓度如此高的F-GOQDs。在实验中发现使用水热法制备F-GOQDs时,XeF2与GOQDs质量比过高会导致F-GOQDs的产量急剧减少。对光化学法制备的F-GOQDs通过各种表征手段去深入研究分析发现,光化学氟化过程中会伴随着GOQDs的羟基（-OH）和羰基（C=O）的减少,说明GOQDs的某些含氧官能团在氟化过程中被氟原子取代。而当改变光化学氟化时间分别为5min,10min,30min,50min时,发现采用5min的辐照时间所制备的F-GOQDs也具有较高的氟含量,但是其PL谱并没有发生明显的蓝移,辐照时间长达50min后与辐照时间10min的F-GOQDs的含氟量并无太大差别,说明10min的光照氟化时间是足够的,而5min的光照时间显然是不够长的。我们通过对比分析发现光化学法与水热法制备F-GOQDs其PL的行为规律类似,F-GOQDs的带隙具有氟浓度依赖的特点,F-GOQDs的氟含量越高其PL谱蓝移量越大。基于此,我们提出了一种利用光化学氟化快速制备F-GOQDs的方法,并且所制备的F-GOQDs的PL谱最大蓝移量达到77nm,因此光化学氟化GOQDs可以有效地调控GOQDs的带隙。然而,F-GOQDs的PL机理是相当复杂的,其相对于GOQDs的PL发生了明显的蓝移的机理是值得深入研究的。我们根据光化学法制备的F-GOQDs实验的结果,建立GOQDs氟化过程中F原子取代OH（羟基）和C=O（羰基）这一氟化模型,基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）的第一性原理,计算了GOQDs和F-GOQDs的光吸收谱(（相当于光发射谱）。计算结果表明,在光吸收谱中,随着OH部分被F取代将导致了明显的蓝移,而在C=O部分被F取代后其光吸收谱也会出现明显的蓝移。DFT计算结果是支持我们的实验结果的,这为解释F-GOQDs相对于GOQDs的PL蓝移机理提供的有力佐证。4、光化学法制备氯掺杂氧化石墨烯量子点及其PL性能研究以氯气为氯源,使用高压汞灯的强紫外线照射光化学反应室内的氯气产生具有高活性的氯自由基,氯自由基与GOQDs接触反应得到氯掺杂氧化石墨烯量子点（Chlorine Doped Graphene Oxide Quantum Dots,Cl-GOQDs）。通过光照反应20min时间得到的Cl-GOQDs具有3.5 at%的氯含量。通过对Cl-GOQDs的PL谱分析发现在这样的氯掺杂浓度下,与GOQDs相比,Cl-GOQDs的PL谱并无太明显的变化,然而在含氟量为3.1%的F-GOQDs中其PL已经发生可观的变化,这表明氯原子引入GOQDs中无法达到与引入同等浓度氟原子所导致的PL变化的效果,这与Graphene的情形是类似的。在本文中主要提出了以光化学法制备Cl-GOQDs一种可行的方法,掺杂更高氯含量的Cl-GOQDs需要探索新的条件和方法。此外,氯的引入对GOQDs的带隙是否有影响也是值得进一步深入的研究。
Abstract
dan mo xi liang zi dian （Graphene Quantum Dots,GQDs）shi yi chong zhun ling wei de na mi tan cai liao ,jin nian lai ji yi wen ding er ming liang de guang zhi fa guang （Photoluminescence,PL）shu xing 、liang hao de sheng wu xiang rong xing 、you yi de cui hua huo xing yi ji hua xue duo xing er shou dao xue shu jie an fan de guan zhu 。mu qian ,GQDsde ying yong hen da fang mian qu jue yu ji PLxing zhi ,yin ci diao kong GQDsde PLdui yu ta zhan ji ying yong ling yu shi zhi guan chong yao de 。shi shi shang GQDsde PLxing zhi shou dao duo fang mian de yin su ying xiang ,bao gua GQDsde che cun da xiao 、xing zhuang 、bian jie lei xing 、biao mian guan neng tuan lei xing ji han liang 、can za de za zhi yuan zi de lei xing ji nong du deng ,shen zhi zai bu tong de huan jing ru PHzhi huo wen du ye ke neng hui ying xiang ji PLxing neng 。yin ci ,diao kong GQDsde PLxing zhi ,yi fang mian ke tong guo bu tong de fang fa zhi bei chu xing neng bu tong de GQDslai shi xian ,ling yi fang mian ke yi tong guo dui suo zhi bei de GQDsjin hang xiu shi da dao gai shan ji PLxing zhi lai shi xian 。zhong suo zhou zhi fu yuan zi ju you hen jiang de dian fu xing ,ke yi yu tan yuan zi xing cheng duo gui dao huo chan gui dao za hua tan fu jian ,zhe jiang hui ying xiang GQDsgong e ping mian de dian zi fen bu ,ji yi ji lie de xing zhi ye hui sui zhi er bian hua ,tong guo dui GQDsfu hua ke yi huo de dai xi ke diao kong de fu hua dan mo xi liang zi dian 。ci wai ,yu fu yuan su zai tong yi zhu zu de lv yuan su ye you xiang shi de hua xue xing zhi ,lv can za dan mo xi liang zi dian de jie gou ji ji xing neng ye shi zhi de qu yan jiu de 。ben wen de zhu yao yan jiu nei rong ru xia :1、yi liang chong bu tong yuan cai liao li yong hui liu yang hua fa zhi bei liang chong yang hua dan mo xi liang zi dian ji yi wei yi VXC-72qiu xing tan hei wei yuan liao ,nong xiao suan wei yang hua ji ,li yong hui liu yang hua fa zhi bei yang hua dan mo xi liang zi dian （Graphene Oxide Quantum Dots,GOQDs）。yi 5gtan hei wei yuan liao ,500mlxiao suan yang hua ji zai 135℃xia fan ying 24hsuo zhi bei de dao de GOQDsyang pin jing chen liang hou wei 3.3862g,GOQDschan lv gao da 67.7%。zhi bei de GOQDszai yi ding ji fa guang bo chang xia neng gou fa chu 525nmde wen ding er ming liang de ying guang 。ji er wei yi tian ran lin pian dan mo wei yuan liao ,xian shi yong gai jin de Hummersfa zhi bei cheng yang hua dan mo ,ran hou yi nong xiao suan wei yang hua ji li yong hui liu yang hua fa jiang yang hua dan mo xi qie ge cheng GOQDs,shi yong 8gyuan liao zhi bei de dao 14.2ggan zao de yang hua dan mo ,qu ji zhong 3gyang hua dan mo li yong hui liu yang hua fa zhi bei ke de dao 1.1gde GOQDs,yi tian ran lin pian dan mo lai ji suan GOQDsde chan lv wei 65%。jie guo biao ming yi liang chong yuan cai liao zhi bei de GOQDsde jie gou yu xing zhi ji ben xiang tong ,ji PLpu you wei xiao cha bie 。zhe wei shi yong GQDsde mu ti cai liao dan mo wei yuan cai liao zhi bei gao chan lv de GOQDsdi gong yi tiao chong yao tu jing 。2、shui re fa zhi bei fu hua yang hua dan mo xi liang zi dian ji ji PLxing neng yan jiu yi suo zhi bei de GOQDswei yuan cai liao ,yi er fu hua xian （hua xue shi :XeF2）wei fu yuan ,li yong shui re fa zhi bei fu hua yang hua dan mo xi liang zi dian （Fluorinated Graphene Oxide Quantum Dots,F-GOQDs）。XeF2yu GOQDshun ge zhuai yi dao gao ya fan ying fu nei zai 200℃xia fan ying 24h,ke huo de PLxing zhi yu GOQDsbu tong de F-GOQDs。tong guo gai bian fan ying wu XeF2yu GOQDszhi liang bi ,ke yi huo de fu hua cheng du bu yi yang de F-GOQDs。tong guo ge chong biao zheng shou duan qu shen ru yan jiu fen xi fu yuan zi zai GOQDsde jie ge lei xing 、fu hua cheng du ,tan jiu fu zai GOQDszhong de bu tong jie ge lei xing yi ji bu tong fu nong du dui F-GOQDsde PLxing zhi de ying xiang ,fen xi fa xian F-GOQDsde dai xi ju you fu nong du yi lai de te dian ,zhe biao ming ke yi tong guo diao kong XeF2yu GOQDszhi liang bi lai diao kong F-GOQDsde han fu liang ,jin er diao kong ji dai xi ,huo de PLxing neng bu yi yang de F-GOQDs。3、guang hua xue fa zhi bei F-GOQDsji ji PLxing neng yan jiu yi suo zhi bei de GOQDswei yuan shi cai liao ,yi XeF2wei fu yuan li yong guang hua xue fa zhi bei F-GOQDs。ba XeF2yu GOQDszai dan ying zhou zhong hun ge hou zhuai yi dao guang hua xue fan ying shi zhong ,shi yong gong deng chan sheng de zi wai xian guang zhao hun ge wu ke kuai su zhi de F-GOQDs。yu shui re fa zhi bei F-GOQDsde qing xing xiang shi ,li yong guang hua xue fa tong gai bian fan ying wu XeF2yu GOQDszhi liang bi ,ke yi huo de fu hua cheng du bu yi yang de F-GOQDs。tong guo guang hua xue fa fu hua ke yi zhi bei han fu liang gao da 53.17 at%de F-GOQDs,er shi yong shui re fa ze mo fa zhi bei fu hua nong du ru ci gao de F-GOQDs。zai shi yan zhong fa xian shi yong shui re fa zhi bei F-GOQDsshi ,XeF2yu GOQDszhi liang bi guo gao hui dao zhi F-GOQDsde chan liang ji ju jian shao 。dui guang hua xue fa zhi bei de F-GOQDstong guo ge chong biao zheng shou duan qu shen ru yan jiu fen xi fa xian ,guang hua xue fu hua guo cheng zhong hui ban sui zhao GOQDsde qiang ji （-OH）he tang ji （C=O）de jian shao ,shui ming GOQDsde mou xie han yang guan neng tuan zai fu hua guo cheng zhong bei fu yuan zi qu dai 。er dang gai bian guang hua xue fu hua shi jian fen bie wei 5min,10min,30min,50minshi ,fa xian cai yong 5minde fu zhao shi jian suo zhi bei de F-GOQDsye ju you jiao gao de fu han liang ,dan shi ji PLpu bing mei you fa sheng ming xian de lan yi ,fu zhao shi jian chang da 50minhou yu fu zhao shi jian 10minde F-GOQDsde han fu liang bing mo tai da cha bie ,shui ming 10minde guang zhao fu hua shi jian shi zu gou de ,er 5minde guang zhao shi jian xian ran shi bu gou chang de 。wo men tong guo dui bi fen xi fa xian guang hua xue fa yu shui re fa zhi bei F-GOQDsji PLde hang wei gui lv lei shi ,F-GOQDsde dai xi ju you fu nong du yi lai de te dian ,F-GOQDsde fu han liang yue gao ji PLpu lan yi liang yue da 。ji yu ci ,wo men di chu le yi chong li yong guang hua xue fu hua kuai su zhi bei F-GOQDsde fang fa ,bing ju suo zhi bei de F-GOQDsde PLpu zui da lan yi liang da dao 77nm,yin ci guang hua xue fu hua GOQDske yi you xiao de diao kong GOQDsde dai xi 。ran er ,F-GOQDsde PLji li shi xiang dang fu za de ,ji xiang dui yu GOQDsde PLfa sheng le ming xian de lan yi de ji li shi zhi de shen ru yan jiu de 。wo men gen ju guang hua xue fa zhi bei de F-GOQDsshi yan de jie guo ,jian li GOQDsfu hua guo cheng zhong Fyuan zi qu dai OH（qiang ji ）he C=O（tang ji ）zhe yi fu hua mo xing ,ji yu mi du fan han li lun （Density functional theory,DFT）de di yi xing yuan li ,ji suan le GOQDshe F-GOQDsde guang xi shou pu (（xiang dang yu guang fa she pu ）。ji suan jie guo biao ming ,zai guang xi shou pu zhong ,sui zhao OHbu fen bei Fqu dai jiang dao zhi le ming xian de lan yi ,er zai C=Obu fen bei Fqu dai hou ji guang xi shou pu ye hui chu xian ming xian de lan yi 。DFTji suan jie guo shi zhi chi wo men de shi yan jie guo de ,zhe wei jie shi F-GOQDsxiang dui yu GOQDsde PLlan yi ji li di gong de you li zuo zheng 。4、guang hua xue fa zhi bei lv can za yang hua dan mo xi liang zi dian ji ji PLxing neng yan jiu yi lv qi wei lv yuan ,shi yong gao ya gong deng de jiang zi wai xian zhao she guang hua xue fan ying shi nei de lv qi chan sheng ju you gao huo xing de lv zi you ji ,lv zi you ji yu GOQDsjie chu fan ying de dao lv can za yang hua dan mo xi liang zi dian （Chlorine Doped Graphene Oxide Quantum Dots,Cl-GOQDs）。tong guo guang zhao fan ying 20minshi jian de dao de Cl-GOQDsju you 3.5 at%de lv han liang 。tong guo dui Cl-GOQDsde PLpu fen xi fa xian zai zhe yang de lv can za nong du xia ,yu GOQDsxiang bi ,Cl-GOQDsde PLpu bing mo tai ming xian de bian hua ,ran er zai han fu liang wei 3.1%de F-GOQDszhong ji PLyi jing fa sheng ke guan de bian hua ,zhe biao ming lv yuan zi yin ru GOQDszhong mo fa da dao yu yin ru tong deng nong du fu yuan zi suo dao zhi de PLbian hua de xiao guo ,zhe yu Graphenede qing xing shi lei shi de 。zai ben wen zhong zhu yao di chu le yi guang hua xue fa zhi bei Cl-GOQDsyi chong ke hang de fang fa ,can za geng gao lv han liang de Cl-GOQDsxu yao tan suo xin de tiao jian he fang fa 。ci wai ,lv de yin ru dui GOQDsde dai xi shi fou you ying xiang ye shi zhi de jin yi bu shen ru de yan jiu 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自广西师范大学的高富桦，发表于刊物广西师范大学2019-07-18论文，是一篇关于氧化石墨烯量子点论文,光致发光论文,氟化论文,带隙论文,密度泛函理论论文,氯掺杂论文,广西师范大学2019-07-18论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自广西师范大学2019-07-18论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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