GrafenoActualmente es uno de los materiales más populares para la investigación. Tiene muchas características excelentes, como alta conductividad, alta conductividad térmica, buenas propiedades mecánicas, etc. Recientemente, los puntos cuánticos hechos de grafeno también han atraído una gran atención. Los puntos cuánticos de grafeno se consideran materiales importantes para la próxima generación de dispositivos ópticos, eléctricos y de almacenamiento de energía, y han atraído la atención debido a sus excelentes ventajas de rendimiento en diversas aplicaciones. Este artículo presentará las propiedades, síntesis y aplicaciones de los puntos cuánticos de grafeno.
1. Desempeño depuntos cuánticos de grafeno
Los puntos cuánticos de grafeno son un nuevo tipo de material de carbono con un diámetro normalmente inferior a 10 nanómetros. En comparación con los puntos cuánticos semiconductores tradicionales, los puntos cuánticos de grafeno tienen las siguientes ventajas:
(1) Ajustabilidad del tamaño: los puntos cuánticos de grafeno tienen diámetros ajustables. Esto permite que los puntos cuánticos de grafeno exhiban diversas propiedades y funciones en diversas aplicaciones.
(2) Fuerte rendimiento optoelectrónico: la estructura de bandas de los puntos cuánticos de grafeno les confiere excelentes propiedades ópticas y eléctricas.
(3) Buena estabilidad: hay muchos grupos funcionales en la superficie de los puntos cuánticos de grafeno, que pueden estabilizar las propiedades químicas de su superficie.
2. Síntesis de puntos cuánticos de grafeno.
Hay dos métodos para preparar puntos cuánticos de grafeno: de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba.
Síntesis de arriba hacia abajo
El enfoque de arriba hacia abajo se refiere al grabado físico o químico de materiales de gran tamaño en puntos cuánticos de grafeno a nanoescala, que se pueden preparar mediante vías de exfoliación química, electroquímica y térmica con solventes.
El método térmico solvente es uno de los muchos métodos para preparar puntos cuánticos de grafeno, y su proceso se puede dividir en tres pasos: primero, el grafeno oxidado se reduce a nanohojas de grafeno a alta temperatura en un estado de vacío; Oxidar y cortar nanohojas de grafeno en ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado; Finalmente, las nanohojas de grafeno oxidadas se reducen en un entorno térmico solvente para formar puntos cuánticos de grafeno.
El proceso de preparación electroquímica de puntos cuánticos de grafeno se puede resumir en tres etapas: la etapa es el período de inducción cuando el grafito está a punto de desprenderse y formar grafeno, y el color del electrolito comienza a cambiar de incoloro a amarillo y luego a oscuro. marrón; La segunda etapa es una expansión significativa del grafito en el ánodo; La tercera etapa es cuando las escamas de grafito se desprenden del ánodo y forman una solución negra junto con el electrolito. En la segunda y tercera etapa, se encontraron sedimentos en el fondo del vaso. En las reacciones electroquímicas, existe una interacción entre el agua y los aniones en los líquidos iónicos, por lo que la forma y la distribución del tamaño de los productos se pueden ajustar cambiando la proporción de agua a líquidos iónicos. El tamaño de los puntos cuánticos preparados a partir de electrolitos con alta concentración de iones es mayor que el de los electrolitos con baja concentración.
El principio de la exfoliación química de las fibras de carbono es exfoliar la fuente de carbono capa por capa mediante reacciones químicas para obtener puntos cuánticos de grafeno. Peng et al. utilizó fibras de carbono a base de resina como fuente de carbono y luego despegó el grafito apilado en las fibras mediante un tratamiento con ácido. Los puntos cuánticos de grafeno se pueden obtener en un solo paso, pero sus tamaños de partículas son desiguales.
Síntesis de abajo hacia arriba
El enfoque ascendente se refiere a la preparación de puntos cuánticos de grafeno utilizando unidades estructurales más pequeñas como precursores a través de una serie de fuerzas de interacción, principalmente a través de vías de preparación como la química de soluciones, el ultrasonido y los métodos de microondas.
El método de química en solución se utiliza principalmente para preparar puntos cuánticos de grafeno mediante el método de química en fase de solución de condensación por oxidación de arilo. El proceso de síntesis implica la reacción de condensación gradual de polímeros de moléculas pequeñas (3-yodo-4-bromoanilina u otros derivados del benceno) para obtener precursores dendríticos de poliestireno, seguida de una reacción de oxidación para obtener grupos de grafeno y, finalmente, grabado para obtener puntos cuánticos de grafeno.
El principio de microondas utiliza azúcares (como glucosa, fructosa, etc.) como fuentes de carbono, porque después de la deshidratación, los azúcares pueden formar C=C, que puede formar la unidad esquelética básica de los puntos cuánticos de grafeno. Los elementos de hidrógeno y oxígeno en los grupos hidroxilo y carboxilo se deshidratarán y eliminarán en un ambiente hidrotermal, mientras que los grupos funcionales restantes aún se unirán a la superficie de los puntos cuánticos de grafeno. Existen como capas pasivas, lo que puede hacer que los puntos cuánticos de grafeno tengan buena solubilidad en agua y propiedades de fluorescencia.
3. Aplicación de puntos cuánticos de grafeno
Los puntos cuánticos de grafeno tienen amplias perspectivas de aplicación en múltiples campos. Estas son algunas de estas aplicaciones:
(1) Campo biomédico: los puntos cuánticos de grafeno tienen buena biocompatibilidad y se utilizan ampliamente en imágenes celulares, liberación controlada de fármacos, detección biomolecular y otros campos.
(2) Sustancias fluorescentes: debido a la alta intensidad de fluorescencia y el rendimiento cuántico de fluorescencia de los puntos cuánticos de grafeno, se pueden utilizar en campos como pantallas y tintas fluorescentes.
(3) Equipos optoelectrónicos de almacenamiento de energía: debido a la buena conductividad y la alta superficie específica de los puntos cuánticos de grafeno, se pueden utilizar como materiales de electrodos para supercondensadores, baterías de iones de litio y otras aplicaciones.
En resumen, los puntos cuánticos de grafeno han atraído mucha atención como nuevos materiales. Aunque los métodos de preparación de puntos cuánticos de grafeno aún no están lo suficientemente maduros, vale la pena esperar sus amplias perspectivas de aplicación en biomédica, materiales fluorescentes, almacenamiento de energía y otros campos.
