中國粉體網(wǎng)訊 因“量子點的發(fā)現(xiàn)和合成”，三位科學(xué)家獲得2023年度諾貝爾化學(xué)獎。石墨烯量子點兼具了二維石墨烯和零維量子點這兩類諾獎材料的優(yōu)異特性，具有制備過程簡單、易于表面修飾、光學(xué)性能可調(diào)、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢。因此，發(fā)展新的設(shè)計理論和精準(zhǔn)合成策略，實現(xiàn)石墨烯量子點在電子、原子到分子水平上的多尺度調(diào)控，是推動其在環(huán)境、催化、納米、生命等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
制備石墨烯量子點主要有兩種方法：“自上而下法”和“自下而上法”。
自上而下法是通過簡單的物理化學(xué)作用，進(jìn)行熱解和機(jī)械剝離塊狀石墨，得到尺寸較小的GQDs，是最常用的制備方法，比如改進(jìn)的Hummers法、水熱合成法、等離子體刻蝕法、電化學(xué)法、微波和超聲輔助法等。自上而下制備GQDs的方法具有原料便宜易得，制備工藝簡便易行，并且能夠進(jìn)行大規(guī)模制備等優(yōu)點。通過此方法所得的GQDs邊緣上含有豐富的含氧官能團(tuán)，具有良好的溶解性，同時也有利于其進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)修飾，但是這種方法也存在很多不足，比如制備生產(chǎn)過程中需要特制的儀器設(shè)備，生產(chǎn)環(huán)境比較苛刻，且所得到的GQDs產(chǎn)率很低，碳環(huán)表面被大量含氧官能團(tuán)修飾，破壞了六元環(huán)結(jié)構(gòu)，自上而下的制備過程中不容易進(jìn)行有效控制，最終得到的GQDs形貌和尺寸分布不穩(wěn)定。
自下而上法是以多環(huán)芳香族化合物和具有芳香族環(huán)狀分子的化合物為原料，通過化學(xué)反應(yīng)合成GQDs，比如溶液化學(xué)合成法，富勒烯開籠法等。自下而上的方法多數(shù)可控性比較強(qiáng)，但操作步驟繁瑣，而且操作復(fù)雜，得到的產(chǎn)品不宜提純，另外一些方法需要苛刻的制備條件或特殊的儀器設(shè)備，從而限制了這些方法的進(jìn)一步推廣。因此開發(fā)一種同時具有粒徑小、層數(shù)低并分布可控，原料來源豐富且價廉，生產(chǎn)設(shè)備簡單，制備過程簡易、耗能低、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)率高和無污染的可工業(yè)化量產(chǎn)的高質(zhì)量GQDs制備方法，仍然是納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問題。
王亮課題組一直圍繞先進(jìn)零維碳納米功能材料——石墨烯量子點的可控合成、多尺度調(diào)控與應(yīng)用展開系統(tǒng)研究。主要取得了以下三個方面的進(jìn)展：
1）通過電子水平電荷調(diào)控，構(gòu)筑石墨烯量子點高效的全色光源；
2）發(fā)展原子水平官能團(tuán)調(diào)控，實現(xiàn)石墨烯量子點的高效能源轉(zhuǎn)化；
3）提出石墨烯量子點分子調(diào)控，實現(xiàn)二維納米材料的精準(zhǔn)化學(xué)合成。
基于上述創(chuàng)新性研究成果，初步確立了石墨烯量子點的結(jié)構(gòu)與其性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為合理設(shè)計和構(gòu)筑特定功能導(dǎo)向石墨烯量子點提供了理論指導(dǎo), 促進(jìn)了石墨烯量子點材料的開發(fā)和新性能的發(fā)現(xiàn)。
2024年10月29-31日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024第三屆低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會。屆時來自上海大學(xué)的王亮研究員將作題為《零維功能碳材料綠色催化》的報告。報告主講人將介紹石墨烯量子點的可控合成、多尺度調(diào)控與應(yīng)用展開系統(tǒng)研究。
專家簡介：
王亮，研究員，博士生導(dǎo)師，一直從事碳納米功能材料的綠色可控制備與應(yīng)用相關(guān)研究工作，近年來在Science Advance、Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Materials Today、Angewandte Chemie International Edition和ACS Nano等期刊上發(fā)表SCI論文100余篇，其中熱點論文4篇，ESI高倍引論文18篇，封面論文8篇，論文他引次數(shù)超過8500次，h-index為50。先后主持國家自然科學(xué)基金面上項目、國家自然科學(xué)基金青年項目、上海市浦江人才計劃、上海市青年科技英才揚帆計劃、中國博士后基金、上海市博士后基金等多項基金。2022年入選上海市東方學(xué)者。
參考來源：
陳樹帆等，石墨烯量子點的制備及光學(xué)性質(zhì)的研究
武澤林等，石墨烯基二氧化碳還原電催化材料研究進(jìn)展
中國粉體網(wǎng)
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