石墨烯量子点制备方法

介绍石墨量子点常见制备方法，包括自上而下和自下而上

石墨烯量子点制备方法

• 自上而下
  • 概述
    • 通过化学或物理方法切割，如氧化裂解、热液或溶热法、电化学氧化、超声波辅助或微波辅助过程、化学气相沉积(CVD)和激光烧蚀
  • 具体方法
    • 氧化切割
      • 氧化解离最常用于石墨、炭黑、碳纤维、石墨烯、或氧化石墨烯(GO)等较大石墨化碳材料的GQD合成
        • 有研究者使用富勒烯作为生产非常小的GQD（2-3nm）的起始材料
      • 使用氧化裂解，煤和炭黑比其他大规模工业生产更有希望
      • 为了帮助加快酸性氧化和水/溶剂热G QD的合成，微波辐照辅助反应已被用于显著减少合成GQD所需的时间
      • 氧化裂解或氧化切割在GQD的制备中简单有效，但强氧化剂可能导致燃烧或爆炸，后处理过程较为复杂
        • 其他方法
          • 卢等人利用黑碳作为前体，过氧化氢作为活性氧化剂，开发了一种简单简便的一罐方法，在不使用强酸的情况下合成GQD，而整个合成过程只需90分钟。在制备过程中，黑碳被用作前体，而过氧化氢被用作氧化剂来切割黑碳。唯一的反应产物是H2O和GQD。因此，所提出的合成方法不仅避免了使用强浓酸和引入金属杂质污染，而且不需要任何其他的后处理步骤。所提出的机制是，自由基。·OH和·O−)，由过氧化氢分解产生，具有高反应性和强氧化性，可氧化
            • 文章题名：A facile and simple method for synthesis of graphene oxide quantum dots from black carbon. Green Chem. 2017, 19, 900–904
            • 它是迄今为止GQD合成中最绿色、最快的合成方法
    • 物理磨削/机械剥离法
    • 还原切割
      • 作为氧化切割的替代品，还原剂（如肼、烷基氨、DMF）通过打破环氧基团中的CO键将氧化碳前体分解成GQD
      • 还原裂解引入含氮化学基团，减少含氧基团。效率和由此产生的GQD大小取决于前体上环氧基团的丰度
    • 切割较大的石墨化碳材料
      • 磨削与切削的组合
      • 热液/溶热法
        • 热液法或溶液热法是制备GQD的一种简单而快速的方法。在高温高压条件下将碳材料切割成GQD。一般来说，碳材料在反应发生之前需要通过强氧化来处理
        • 水热和溶剂热方法也可以用于制备GO、rGO和石墨烯的GQD，这两种方法都依赖于使用氧化剂（如硝酸和臭氧）沿着石墨烯片的平面引入环氧化物/碳酸酯，然后利用热和碱性条件沿着氧化平面进行裂解和还原
    • CVD法
    • 热分解法
  • 优点
    • 具有原材料丰富、大规模生产、操作简单的优点
• 自下而上
  • Mullen组报道了第一次自下而上的GQDs合成，该合成是基于树枝状聚苯(DPPs)的逐步有机合成，然后是脱氢。 这种方法可以产生具有精确定义的分子结构和尺寸（因此性质）的单分散GQDs)。 然而，它是困难的，繁琐的，昂贵的，低产量
  • 自下而上的GQD合成主要是基于一种或多个前体化合物的热解或碳化，在冷凝过程中进行。在进行自下而上的合成时，重要的是不要让碳化反应进行太长时间，因为这将导致形成更大的GO片，而不是所需的GQD
  • 发展历程
    • 最早报道的自下而上合成GQDs的例子之一是使用多环芳烃，如六-peri-hexabenzocoronene(HBC)，形成自组装堆栈
      • 但该方法具有复杂的逐步协议，包括分子自组装和高温热处理所需的时间
    • 一种更简单的自下而上的制造方法包括柠檬酸的热解和不完全碳化，柠檬酸是一种相对便宜和容易获得的小型有机前体，因此它在大约200℃下熔化以开始碳化
      • 随着碳化程度的增加，液态柠檬酸从浅黄色变为深橙色，该反应很容易被眼睛监测。合成的GQD的纯化包括通过氢氧化钠水中和酸，离心去除较大的GO副产物，然后透析去除盐和剩余的起始物质
      • 这些GQD是高度水溶性的，显示出强烈和稳定的蓝色发光
    • 一个更受控制的自下而上合成GQD的过程使用水热方法，类似于前面讨论的自上而下制
  • 优缺点
    • 与自上自下的方法相比，它可以说是一种更简单的制造方法。其中一个挑战是净化剩余的起始材料和试剂，但这也是自上而下的要求，几乎只使用透析
  • 可控制的合成技术
    • 仅以去离子水和葡萄糖为前体，制备了低成本、高产的绿光致发光单层GQD
  • 碳化