Grafenoé atualmente um dos materiais mais populares para pesquisa. Possui muitas características excelentes, como alta condutividade, alta condutividade térmica, boas propriedades mecânicas, etc. Recentemente, pontos quânticos feitos de grafeno também atraíram ampla atenção. Os pontos quânticos de grafeno são considerados materiais importantes para a próxima geração de dispositivos ópticos, elétricos e de armazenamento de energia e têm atraído a atenção devido às suas excelentes vantagens de desempenho em diversas aplicações. Este artigo apresentará as propriedades, síntese e aplicações dos pontos quânticos de grafeno.
1. Desempenho depontos quânticos de grafeno
Os pontos quânticos de grafeno são um novo tipo de material de carbono com um diâmetro normalmente inferior a 10 nanômetros. Comparados aos pontos quânticos semicondutores tradicionais, os pontos quânticos de grafeno têm as seguintes vantagens:
(1) Ajuste de tamanho: os pontos quânticos de grafeno têm diâmetros ajustáveis. Isso permite que os pontos quânticos de grafeno exibam várias propriedades e funções em diversas aplicações.
(2) Forte desempenho optoeletrônico: A estrutura de banda dos pontos quânticos de grafeno confere-lhes excelentes propriedades ópticas e elétricas.
(3) Boa estabilidade: Existem muitos grupos funcionais na superfície dos pontos quânticos de grafeno, que podem estabilizar suas propriedades químicas superficiais.
2. Síntese de pontos quânticos de grafeno
Existem dois métodos para preparar pontos quânticos de grafeno: de cima para baixo e de baixo para cima.
Síntese de cima para baixo
A abordagem de cima para baixo refere-se à gravação física ou química de materiais de grande porte em pontos quânticos de grafeno em nanoescala, que podem ser preparados por meio de vias de esfoliação térmica, eletroquímica e química com solvente.
O método térmico do solvente é um dos muitos métodos de preparação de pontos quânticos de grafeno, e seu processo pode ser dividido em três etapas: primeiro, o grafeno oxidado é reduzido a nanofolhas de grafeno sob alta temperatura no estado de vácuo; Oxidar e cortar nanofolhas de grafeno em ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico concentrado; Finalmente, as nanofolhas de grafeno oxidadas são reduzidas em um ambiente térmico de solvente para formar pontos quânticos de grafeno.
O processo de preparação eletroquímica de pontos quânticos de grafeno pode ser resumido em três estágios: o estágio é o período de indução quando o grafite está prestes a se desprender e formar grafeno, e a cor do eletrólito começa a mudar de incolor para amarelo e depois para escuro marrom; A segunda etapa é uma expansão significativa do grafite no ânodo; O terceiro estágio ocorre quando os flocos de grafite se desprendem do ânodo e formam uma solução preta junto com o eletrólito. Na segunda e terceira etapas, foi encontrado sedimento no fundo do béquer. Nas reações eletroquímicas, há uma interação entre água e ânions em líquidos iônicos, de modo que a forma e a distribuição do tamanho dos produtos podem ser ajustadas alterando a proporção entre água e líquidos iônicos. O tamanho dos pontos quânticos preparados a partir de eletrólitos com alta concentração de íons é maior do que o dos eletrólitos com baixa concentração.
O princípio da esfoliação química das fibras de carbono é esfoliar a fonte de carbono camada por camada por meio de reações químicas para obter pontos quânticos de grafeno. Peng et al. usou fibras de carbono à base de resina como fonte de carbono e, em seguida, retirou o grafite empilhado nas fibras por meio de tratamento ácido. Os pontos quânticos de grafeno podem ser obtidos em apenas uma etapa, mas seus tamanhos de partícula são desiguais.
Síntese de baixo para cima
A abordagem bottom-up refere-se à preparação de pontos quânticos de grafeno usando unidades estruturais menores como precursores através de uma série de forças de interação, principalmente através de vias de preparação, como química de solução, ultrassom e métodos de microondas.
O método químico de solução é usado principalmente para preparar pontos quânticos de grafeno por meio do método químico de fase de solução de condensação de oxidação de arila. O processo de síntese envolve a reação de condensação gradual de polímeros de moléculas pequenas (3-iodo-4-bromoanilina ou outros derivados de benzeno) para obter precursores dendríticos de poliestireno, seguida de reação de oxidação para obter grupos de grafeno e, finalmente, gravação para obter pontos quânticos de grafeno.
O princípio das microondas utiliza açúcares (como glicose, frutose, etc.) como fontes de carbono, porque após a desidratação, os açúcares podem formar C=C, que pode formar a unidade básica do esqueleto dos pontos quânticos de grafeno. Os elementos hidrogênio e oxigênio nos grupos hidroxila e carboxila serão desidratados e removidos em um ambiente hidrotérmico, enquanto os demais grupos funcionais ainda se ligarão à superfície dos pontos quânticos de grafeno. Eles existem como camadas passivas, o que pode fazer com que os pontos quânticos de grafeno tenham boa solubilidade em água e propriedades de fluorescência.
3. Aplicação de pontos quânticos de grafeno
Os pontos quânticos de grafeno têm amplas perspectivas de aplicação em vários campos. Aqui estão alguns desses aplicativos:
(1) Campo biomédico: Os pontos quânticos de grafeno têm boa biocompatibilidade e são amplamente utilizados em imagens celulares, liberação controlada de medicamentos, detecção biomolecular e outros campos.
(2) Substâncias fluorescentes: Devido à alta intensidade de fluorescência e ao rendimento quântico de fluorescência dos pontos quânticos de grafeno, eles podem ser usados em áreas como displays e tintas fluorescentes.
(3) Equipamento optoeletrônico de armazenamento de energia: Devido à boa condutividade e alta área de superfície específica dos pontos quânticos de grafeno, eles podem ser usados como materiais de eletrodo para supercapacitores, baterias de íons de lítio e outras aplicações.
Em resumo, os pontos quânticos de grafeno têm atraído muita atenção como novos materiais. Embora os métodos de preparação de pontos quânticos de grafeno ainda não estejam maduros o suficiente, vale a pena esperar por suas amplas perspectivas de aplicação em materiais biomédicos, fluorescentes, armazenamento de energia e outros campos.
