Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) se refieren a un nuevo tipo de material fluorescente a base de carbono con un tamaño de capa de grafeno inferior a 100 nm y un número de capas inferior a 10. En términos generales, los puntos cuánticos de grafeno incluyen una gran clase de materiales fluorescentes de carbono y sus derivados con estructuras y propiedades similares, incluidos puntos cuánticos de grafeno, puntos cuánticos de grafeno oxidado y puntos cuánticos de grafeno oxidado parcialmente reducido.

Las propiedades de los puntos cuánticos de grafeno

Rendimiento de absorción UV de puntos cuánticos de grafeno

Debido a la estructura de doble enlace C=C en los puntos cuánticos de grafeno, pueden ocurrir transiciones π - π , lo que les permite absorber una gran cantidad de fotones en un rango de longitud de onda corto. En términos generales, se muestra un fuerte pico de absorción en el rango de 260-320 nm en el espectro de absorción UV, acompañado de una cola que se extiende hasta el rango de luz visible. Mientras tanto, debido a la influencia de las transiciones n - π , los puntos cuánticos de grafeno también pueden exhibir picos en el rango de 270-390 nm. Además, debido a la influencia de los grupos funcionales de modificación de la superficie y la pasivación de la superficie, la posición y la forma del pico de absorción de UV se verán afectadas.

Propiedades de fotoluminiscencia de los puntos cuánticos de grafeno.

El rendimiento de luminiscencia de los puntos cuánticos de grafeno es su rendimiento más importante, y también es el rendimiento práctico y más estudiado por los investigadores. En comparación con los puntos cuánticos de carbono esféricos, los puntos cuánticos de grafeno con una estructura en capas tienen una estructura cristalina más regular, lo que da como resultado mayores rendimientos cuánticos de fluorescencia.

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.

La aplicación práctica de los GQD

Los puntos cuánticos de grafeno tienen importantes aplicaciones potenciales en campos como la biología, la medicina y los nuevos dispositivos semiconductores. Puede lograr sensores de una sola molécula, y también puede dar lugar a transistores ultrapequeños o comunicación en chip utilizando láseres semiconductores para la producción de sensores químicos, células solares, dispositivos de imágenes médicas o circuitos a nanoescala, entre otros.