摻雜型石墨烯量子點(diǎn)的制備及其應(yīng)用.pdf

1、石墨烯,包含了sp2雜化的碳原子,由于它獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,以及在電子器件和分子傳感方面的潛在應(yīng)用,已經(jīng)引起了廣泛且深入的研究。理論和實(shí)驗(yàn)表明大小、形狀、幾何構(gòu)型和化學(xué)性質(zhì)共同確定了石墨烯納米材料的性能。粒徑小于100 nm的石墨烯納米片稱作石墨烯量子點(diǎn)(GQDs),近年來由于它顯著的熒光性能受到廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)表明雜原子可進(jìn)入石墨烯結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu),從而制備摻雜型的石墨烯量子點(diǎn)。帶有雜原子的摻雜型石墨

2、烯量子點(diǎn)能夠有效地調(diào)節(jié)石墨烯量子點(diǎn)的內(nèi)在性能,包括光學(xué)性能,表面以及局部化學(xué)性能。目前摻雜型石墨烯量子點(diǎn)的應(yīng)用仍然處于初級階段,這主要?dú)w因于合成方法的限制以及構(gòu)建有效的基于GQDs傳感平臺所遇到的困難。本論文具體開展了以下工作:
　　1、通過水熱法將硼摻雜的石墨烯(BG)切割成硼摻雜的石墨烯量子點(diǎn)(BGQDs)。經(jīng)透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)表征,結(jié)果表明 BGQDs大多為單層,粒徑在2-4 nm,高度在0.5-0.

3、8 nm,紫外可見吸收光譜(UV-vis)表明BGQDs在295 nm處有一個(gè)寬且弱的吸收帶,且在365 nm的紫外燈照射下發(fā)藍(lán)光。研究發(fā)現(xiàn)BGQDs的熒光發(fā)射(FL)具有激發(fā)波長依賴性,隨著激發(fā)波長的增加(310-360 nm),發(fā)射峰逐漸向長波方向移動并伴隨著強(qiáng)度快速降低。傅立葉紅外(FTIR)光譜表明所制得的 BGQDs表面富含羧基和羥基,且含有硼氧鍵。X-射線光電子能譜(XPS)表征證實(shí)了硼原子已經(jīng)成功地?fù)诫s進(jìn)入了石墨烯結(jié)構(gòu),且

4、硼原子百分含量為3.45％。X-射線衍射光譜(XRD)顯示BGQDs在25°左右存在一個(gè)較寬的衍射峰,表明在BGQDs的制備過程中由于氧化還原反應(yīng)使得其表面引入了更多的活性位點(diǎn)。拉曼光譜(Raman)進(jìn)一步表明硼摻雜進(jìn)入了石墨烯結(jié)構(gòu),由于硼原子進(jìn)入共軛碳骨架導(dǎo)致某些混亂結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生,使BGQDs出現(xiàn)寬的D帶。BGQDs水溶性好,光學(xué)性能穩(wěn)定,室溫下放置三個(gè)月不發(fā)生聚集以及顏色變化。
　　2、基于硼摻雜石墨烯量子點(diǎn)(BGQDs)“異常

5、的”聚集誘導(dǎo)發(fā)光增強(qiáng)特異性檢測葡萄糖。表面含硼酸基團(tuán)的BGQDs可作為一種新型熒光探針用于免標(biāo)記的葡萄糖傳感器。它的原理是葡萄糖中的兩個(gè)順式醇羥基與BGQDs表面的兩個(gè)硼酸基團(tuán)反應(yīng)形成剛性結(jié)構(gòu)的 BGQDs-Glu聚合體,限制了分子內(nèi)部轉(zhuǎn)動因而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度顯著提高。這種不尋常的“聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)”傳感過程不適用于任何只有一個(gè)順式二醇羥基的糖類,如對BGQDs具有高結(jié)合力的果糖,半乳糖和甘露糖均不會干擾測定。我們相信,硼的引入使GQDs呈