石墨烯量子点的表面胺基修饰及其应用研究

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石墨烯量子点(GQDs)具有优异的可调发光性能、良好的水溶性、易于表面功能化、低细胞毒性和原料来源广泛等优势,在光电、生物成像、防伪、催化和传感等领域具有广泛的应用。然而GQDs仍然存在一些问题,比如GQDs的制备通常需要强酸,后续去除酸的过程非常繁琐。而且制备的GQDs一般荧光量子效率较低,有待进一步提高。本文通过无酸的溶剂热法制备了尺寸均匀的GQDs。GQDs平均尺寸只有1.70nm,厚度在1.1~1.6 nm之间;在365 nm紫外光下发蓝绿光,荧光量子效率为26%,荧光寿命为5.32 ns。为了进一步提高GQDs的性能,用含胺基的邻苯二胺和对苯二胺对GQDs进行表面官能团修饰,制备了邻苯二胺修饰的GQDs(o-GQDs)和对苯二胺修饰的GQDs(p-GQDs)。o-GQDs的平均尺寸为2.40 nm,厚度在1.7~1.8nm之间;在440 nm蓝光激发下发黄光,荧光量子效率为54%,荧光寿命为5.40 ns。p-GQDs的平均尺寸为2.56 nm,厚度在1.5~3.0 nm之间;在365 nm紫外光下发出粉色的光,荧光量子效率为67%,荧光寿命为5.67 ns。通过比较发现,表面官能团修饰后的GQDs荧光量子效率得到了很大的提升并且荧光寿命也得到了一定的提高。为了实现GQDs的固态发光,通过将一定量的o-GQDs和p-GQDs分散在凝胶液中制备了黄光发射的o-GQDs凝胶玻璃和白光发射的p-GQDs凝胶玻璃。同时对o-GQDs和p-GQDs凝胶玻璃进行热重分析,两种凝胶玻璃在103℃之前的质量损失并不是很大,这说明了o-GQDs和p-GQDs凝胶玻璃在白光LEDs(WLEDs)器件的正常工作温度下是比较稳定的。这样的凝胶玻璃适合作为WLEDs器件的光转换材料,将o-GQDs和p-GQDs凝胶玻璃分别与蓝光芯片和紫外芯片组装了WLEDs器件。基于o-GQDs和p-GQDs凝胶玻璃的LEDs器件随着电流的增大,其发光色坐标位置逐渐向白光中心偏移。当电流为1000 m A时,o-GQDs和p-GQDs凝胶玻璃的LEDs器件的色坐标分别为(0.398,0.346)和(0.343,0.239),两者都可以用于WLEDs器件。此外,本文基于GQDs荧光墨水还设计了手写、印章和喷墨打印三种不同的荧光防伪方案。通过在滤纸上手写、印章或者喷墨打印图案,滤纸上的图案在可见光下不可见,而在365 nm紫外光照射下可以清晰的显示图案。
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