Grafenasaat ini merupakan salah satu bahan paling populer untuk penelitian. Ia memiliki banyak karakteristik yang sangat baik, seperti konduktivitas tinggi, konduktivitas termal tinggi, sifat mekanik yang baik, dll. Baru-baru ini, titik-titik kuantum yang terbuat dari graphene juga menarik perhatian luas. Titik kuantum grafena dianggap sebagai bahan penting untuk perangkat optik, listrik, dan penyimpanan energi generasi berikutnya, dan telah menarik perhatian karena keunggulan kinerjanya yang luar biasa dalam berbagai aplikasi. Artikel ini akan memperkenalkan sifat, sintesis, dan aplikasi titik kuantum graphene.
1. Kinerjatitik kuantum graphene
Titik kuantum graphene adalah jenis bahan karbon baru dengan diameter biasanya kurang dari 10 nanometer. Dibandingkan dengan titik kuantum semikonduktor tradisional, titik kuantum graphene memiliki keunggulan sebagai berikut:
(1) Penyesuaian ukuran: Titik kuantum grafena memiliki diameter yang dapat disesuaikan. Hal ini memungkinkan titik-titik kuantum graphene menunjukkan berbagai sifat dan fungsi dalam berbagai aplikasi.
(2) Performa optoelektronik yang kuat: Struktur pita titik kuantum graphene memberinya sifat optik dan listrik yang sangat baik.
(3) Stabilitas yang baik: Ada banyak gugus fungsi pada permukaan titik kuantum graphene, yang dapat menstabilkan sifat kimia permukaannya.
2. Sintesis titik kuantum graphene
Ada dua metode untuk menyiapkan titik kuantum graphene: top-down dan bottom-up.
Sintesis dari atas ke bawah
Pendekatan top-down mengacu pada etsa fisik atau kimia bahan berukuran besar menjadi titik kuantum graphene skala nano, yang dapat dibuat melalui jalur pengelupasan termal, elektrokimia, dan kimia pelarut.
Metode termal pelarut adalah salah satu dari banyak metode untuk menyiapkan titik kuantum graphene, dan prosesnya dapat dibagi menjadi tiga langkah: pertama, graphene teroksidasi direduksi menjadi lembaran nano graphene pada suhu tinggi dalam keadaan vakum; Mengoksidasi dan memotong lembaran nano graphene dalam asam sulfat pekat dan asam nitrat pekat; Akhirnya, lembaran nano graphene teroksidasi direduksi dalam lingkungan termal pelarut untuk membentuk titik kuantum graphene.
Proses preparasi elektrokimia titik-titik kuantum graphene dapat diringkas menjadi tiga tahap: tahap tersebut adalah masa induksi ketika grafit akan terkelupas dan membentuk graphene, dan warna elektrolit mulai berubah dari tidak berwarna menjadi kuning dan kemudian menjadi gelap. cokelat; Tahap kedua adalah perluasan grafit yang signifikan di anoda; Tahap ketiga adalah ketika serpihan grafit telah terkelupas dari anoda dan membentuk larutan hitam bersama dengan elektrolit. Pada tahap kedua dan ketiga ditemukan sedimen di dasar gelas kimia. Dalam reaksi elektrokimia, terjadi interaksi antara air dan anion dalam cairan ionik, sehingga distribusi bentuk dan ukuran produk dapat diatur dengan mengubah perbandingan air terhadap cairan ionik. Ukuran titik kuantum yang dibuat dari elektrolit dengan konsentrasi ion tinggi lebih besar dibandingkan dengan elektrolit dengan konsentrasi rendah.
Prinsip pengelupasan kimiawi serat karbon adalah mengelupas sumber karbon lapis demi lapis melalui reaksi kimia untuk mendapatkan titik kuantum graphene. Peng dkk. menggunakan serat karbon berbahan dasar resin sebagai sumber karbon, dan kemudian mengupas grafit yang menumpuk di serat melalui perlakuan asam. Titik-titik kuantum grafena dapat diperoleh hanya dalam satu langkah, tetapi ukuran partikelnya tidak merata.
Sintesis dari bawah ke atas
Pendekatan bottom-up mengacu pada pembuatan titik-titik kuantum graphene menggunakan unit struktural yang lebih kecil sebagai prekursor melalui serangkaian gaya interaksi, terutama melalui jalur persiapan seperti metode kimia larutan, ultrasound, dan gelombang mikro.
Metode kimia larutan terutama digunakan untuk menyiapkan titik-titik kuantum graphene melalui metode kimia fase larutan kondensasi oksidasi aril. Proses sintesis melibatkan reaksi kondensasi bertahap polimer molekul kecil (3-iodo-4-bromoanilin atau turunan benzena lainnya) untuk memperoleh prekursor dendritik polistiren, diikuti dengan reaksi oksidasi untuk memperoleh gugus grafena, dan terakhir pengetsaan untuk memperoleh titik kuantum grafena.
Prinsip gelombang mikro menggunakan gula (seperti glukosa, fruktosa, dll) sebagai sumber karbon, karena setelah dehidrasi, gula dapat membentuk C=C, yang dapat membentuk unit kerangka dasar titik kuantum graphene. Unsur hidrogen dan oksigen dalam gugus hidroksil dan karboksil akan mengalami dehidrasi dan dihilangkan dalam lingkungan hidrotermal, sedangkan gugus fungsi lainnya masih akan terikat pada permukaan titik kuantum graphene. Mereka ada sebagai lapisan pasif, yang dapat membuat titik kuantum graphene memiliki kelarutan dalam air dan sifat fluoresensi yang baik.
3. Penerapan titik kuantum graphene
Titik kuantum graphene memiliki prospek penerapan yang luas di berbagai bidang. Berikut beberapa aplikasi tersebut:
(1) Bidang biomedis: Titik kuantum grafena memiliki biokompatibilitas yang baik dan banyak digunakan dalam pencitraan sel, pelepasan terkontrol obat, penginderaan biomolekuler, dan bidang lainnya.
(2) Zat berpendar: Karena intensitas fluoresensi yang tinggi dan hasil kuantum fluoresensi dari titik kuantum graphene, zat tersebut dapat digunakan dalam bidang seperti layar dan tinta fluoresen.
(3) Peralatan penyimpanan energi optoelektronik: Karena konduktivitas yang baik dan luas permukaan spesifik titik kuantum graphene yang tinggi, peralatan ini dapat digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor, baterai lithium-ion, dan aplikasi lainnya.
Singkatnya, titik kuantum graphene telah menarik banyak perhatian sebagai material baru. Meskipun metode preparasi titik kuantum graphene belum cukup matang, prospek penerapannya yang luas dalam bidang biomedis, bahan fluoresen, penyimpanan energi, dan bidang lainnya patut dinantikan.
