Pontos quânticos de grafeno (GQDs) referem-se a um novo tipo de material fluorescente à base de carbono com um tamanho de camada de grafeno inferior a 100 nm e um número de camadas inferior a 10. De modo geral, os pontos quânticos de grafeno incluem uma grande classe de materiais fluorescentes de carbono e seus derivados com estruturas e propriedades semelhantes, incluindo pontos quânticos de grafeno, pontos quânticos de grafeno oxidados e pontos quânticos de grafeno oxidados parcialmente reduzidos.

As propriedades dos pontos quânticos de grafeno

Desempenho de absorção UV de pontos quânticos de grafeno

Devido à estrutura de ligação dupla C = C nos pontos quânticos de grafeno, podem ocorrer transições π - π , permitindo-lhes absorver um grande número de fótons em uma faixa de comprimento de onda curta. De modo geral, um forte pico de absorção é exibido na faixa de 260-320 nm no espectro de absorção UV, acompanhado por uma cauda que se estende até a faixa de luz visível. Enquanto isso, devido à influência das transições n - π , os pontos quânticos de grafeno também podem exibir picos na faixa de 270-390 nm. Além disso, devido à influência dos grupos funcionais de modificação da superfície e da passivação da superfície, a posição e a forma do pico de absorção de UV serão afetadas.

Propriedades de fotoluminescência de pontos quânticos de grafeno

O desempenho de luminescência dos pontos quânticos de grafeno é o seu desempenho mais importante e também o desempenho prático e mais amplamente estudado pelos pesquisadores. Em comparação com os pontos quânticos de carbono esféricos, os pontos quânticos de grafeno com uma estrutura em camadas têm uma estrutura cristalina mais regular, resultando em maiores rendimentos quânticos de fluorescência.

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 é 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.

A aplicação prática dos GQDs

Os pontos quânticos de grafeno têm importantes aplicações potenciais em áreas como biologia, medicina e novos dispositivos semicondutores. Pode atingir sensores de molécula única e também dar origem a transistores ultrapequenos ou comunicação no chip usando lasers semicondutores para a produção de sensores químicos, células solares, dispositivos de imagem médica ou circuitos em nanoescala, entre outros.