作為石墨烯家族的*成員,石墨烯量子點(diǎn)( graphene quantum dots GQDS)除了具有石墨烯優(yōu)異的性能之外,還因其明顯的量子限域效應(yīng)和尺寸效應(yīng)而展現(xiàn)出一系列新穎的特性,吸引了各領(lǐng)域科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。在這篇論文中,我們主要綜述了石墨烯量子點(diǎn)的制備方法以及潛在應(yīng)用,此外還說(shuō)明了石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)光機(jī)制以及對(duì)于其的展望

 憑借GQDs優(yōu)越的熒光、生理穩(wěn)定性、pH敏感性、上轉(zhuǎn)換發(fā)光等特性,以及生物相容性好、毒性低等及其衍生物已經(jīng)表現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景時(shí),在合成大小可控的,可裁剪的化學(xué)結(jié)構(gòu),以及強(qiáng)熒光GQDs的發(fā)展方面十分迅速,進(jìn)一步加快了GQDs的應(yīng)用。目前為止,GQDs已經(jīng)應(yīng)用在生物成像、光電器件、光催化、生物傳感器等領(lǐng)域

未來(lái)發(fā)展的方向—————柔性可穿戴電子材料

南京理工大學(xué)馮章啟帶頭發(fā)明了醫(yī)學(xué)方面的柔性傳感器，這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》刊物上，他們用一種柔性生物材料，研發(fā)出了僅有10%血管壁厚的柔性傳感器，可將其直接貼在病灶部位，通過體外設(shè)備對(duì)其進(jìn)行精確的診斷，可詳細(xì)地記錄血壓的細(xì)微變化，已經(jīng)完成相關(guān)必要的臨床實(shí)驗(yàn)，將會(huì)在幾年內(nèi)進(jìn)行商業(yè)化。

克拉瑪爾試劑提供多種柔性電子材料
如石墨烯 、 碳納米管、 納米氧化鋅、 ZnS量子點(diǎn)、 聚乙烯
醇（PVA）?、聚酯 ( PET ) 、聚酰亞胺? ( PI ) 、聚萘二甲酯乙二醇
酯( PEN ) ·PET? ,納米二氧化硅 等。

上海紫一試劑廠專注電池類新材料的開發(fā)

石墨烯納米片導(dǎo)電劑對(duì)LiMn_2O_4電化學(xué)性能的影響

   研究了碳納米管和石墨烯納米片二元混合導(dǎo)電劑對(duì)錳酸鋰電池電化學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:添加碳納米管和石墨烯納米片二元混合導(dǎo)電劑的極片的極限壓實(shí)密度,與未添加石墨烯納米片的極片相比提高了9%左右,且形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),其電池內(nèi)阻較SP降低60%左右,電池放電比容量達(dá)到106.9 m Ah/g;在高溫60℃存儲(chǔ)后,電池的1 C容量恢復(fù)率*為87.58%;在大倍率下,其8 C的放電容量是0.2 C容量的74.51%,在相同倍率下較純碳納米管導(dǎo)電劑的保持率好。這可能是由于至柔的石墨烯納米片與LiMn_2O_4具有良好的接觸界面和碳納米管與石墨烯納米片具有協(xié)同效應(yīng)。

石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑SP/CNTs/G對(duì)LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2鋰離子電池性能影響

  用氣相沉積法(CVD)和轉(zhuǎn)移法制備了石墨烯,用超聲分散及攪拌的方法分別制備了導(dǎo)電碳黑(SP)導(dǎo)電漿料,導(dǎo)電碳黑(SP)、碳納米管(CNTs)復(fù)合導(dǎo)電漿料(SP/CNTs)及導(dǎo)電碳黑(SP)、碳納米管(CNTs)和石墨烯(G)復(fù)合導(dǎo)電漿料(SP/CNTs/G),通過掃描電鏡(SEM)、四探針測(cè)試、恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試(CV)和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試(EIS)等方法研究了導(dǎo)電劑對(duì)鋰離子電池正極材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面形貌、電阻率和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%復(fù)合導(dǎo)電劑SP/CNTs/G的樣品電阻率較小,0.2 C*充放電比容量分別為201.93 m Ah·g~(–1)和180.29 m Ah·g~(–1),*充放電效率為89.28%。3.0C循環(huán)5次后的放電比容量為161.45 m Ah·g~(–1),容量保持率仍有89.69%,1.0C循環(huán)50次后放電比容量為166.97 m Ah·g~(–1),容量保持率為96.65%,倍率和循環(huán)性能優(yōu)良。

新型石墨烯基納米材料的制備及其在鋰離子電池負(fù)極的應(yīng)用

鋰離子電池作為二次電池在新能源領(lǐng)域如便攜式筆記本電腦,電動(dòng)車,醫(yī)療設(shè)備等方面的應(yīng)用越來(lái)越受到重視,但目前負(fù)極材料石墨的低容量限制了其發(fā)展。過渡金屬氧化物由于其高比容量(600 mAh g-1),是高性能鋰離子電池負(fù)極的有力替代者,但是它們的低導(dǎo)電率,充放電過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重體積形變?cè)斐傻慕Y(jié)構(gòu)崩塌,最終導(dǎo)致了容量衰減和循環(huán)不穩(wěn)定,不適宜工業(yè)化。目前,二維石墨烯由于其優(yōu)良的物理性質(zhì)如超大比表面積,高導(dǎo)電性,優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,已成為當(dāng)今材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。將石墨烯與金屬氧化物復(fù)合時(shí),其優(yōu)良的導(dǎo)電性能夠改善氧化物的導(dǎo)電率,增加電子的傳輸,另外,其優(yōu)異的機(jī)械性能也能夠很好的緩和充放電時(shí)造成的氧化物的體積膨脹,從而提高電極材料的循環(huán)性能,而且石墨烯構(gòu)成的獨(dú)特三維網(wǎng)絡(luò)孔狀結(jié)構(gòu)也有利于電化學(xué)過程中的離子和電子傳輸。本文使用石墨烯為載體,分別(1)直接電噴法制備了石墨烯-Co3O4納米顆粒的無(wú)粘結(jié)劑電極；(2)水熱法制備了石墨烯-TiO2的柔性紙狀電極；(3)熱處理氨水和氧化石墨烯快速制備了氮摻雜石墨烯復(fù)合材料；(4)制備氮摻雜石墨烯與多孔Fe2O3納米棒的復(fù)合材料電極,并使用原子氣相沉積法在電極表面沉積Al2O3納米層提高電化學(xué)性能。通過直接電噴沉積氧化石墨烯和Co3O4納米顆粒在集流體銅箔上,構(gòu)筑了特殊的三維孔狀結(jié)構(gòu),制備了無(wú)粘結(jié)劑的柔性電極。石墨烯構(gòu)建的中孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很好的緩和了Co3O4充放電時(shí)的體積形變,同時(shí)也有利于電子和離子的傳輸。電化學(xué)測(cè)試表明,在1Ag-1電流密度下,無(wú)粘結(jié)劑的石墨烯-Co3O4電極58次循環(huán)后,其可逆容量為631 mAh g-1,明顯地高于純Co3O4樣品,而且?guī)靷愋誓軌蜻_(dá)到97%。以水溶膠狀石墨烯柔性紙三維結(jié)構(gòu)為生長(zhǎng)載體,利用表面活性劑為中間體,在石墨烯層間生長(zhǎng)了TiO2納米顆粒,它們?nèi)缰Ъ馨愦┎逶谑娱g,形成了獨(dú)特的開放式的三維納米結(jié)構(gòu),有效的增加了鋰離子的進(jìn)出效率。電化學(xué)測(cè)試表明,在2Ag-1的電流密度下循環(huán)100次,可以獲得122 mAh g-1的比容量。并且當(dāng)電流密度從4Ag-1循環(huán)回200 mAg-1時(shí),石墨烯-TiO2柔性紙狀電極仍表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性并保持較高的175 mAh g-1的可逆容量。為了繼續(xù)深入探討石墨烯存儲(chǔ)鋰離子的性能,我們采用熱處理氨水和氧化石墨烯,快速(約30s)制備了氮摻雜石墨烯(NGr)粉末。當(dāng)作為負(fù)極時(shí),與純的無(wú)摻雜石墨烯相比,以吡啶型氮為主的多孔的NGr表現(xiàn)出更優(yōu)異的容量保持率,優(yōu)良的倍率性和循環(huán)穩(wěn)定性。在0.01-3V下測(cè)試,在電流密度為2 A g-1(～5.4C)下,550次循環(huán)后,NGr的可逆放電容量可以達(dá)到453 mAh g-1。在更高電流密度10Ag-1(～27C)下,循環(huán)2000次后仍可以達(dá)到180 mAh g-1,而且沒有容量衰減。當(dāng)電壓區(qū)間降到更接近工業(yè)應(yīng)用的0.01-1.5V時(shí),NGr仍然表現(xiàn)出很高的可逆容量。在1Ag-1電流密度下循環(huán)700次,比容量為224 mAh g-1。在5Ag-1下循環(huán)800次后,還可獲得169 mAh g-1的可逆容量。X射線光電子能譜分析完全充放電狀態(tài)下的NGr電極材料表明,吡啶型摻雜氮主要作用在1.5V至3V,而吡咯型摻雜氮主要是在低于1.5V時(shí)存儲(chǔ)鋰離子。本文還論證了一步法和微波處理法合成氮摻雜石墨烯與多孔Fe203納米棒復(fù)合材料(NGr-I-M).直徑為20-30 nm,長(zhǎng)度為70-80 nm的Fe2O3納米棒均勻的錨定在氮摻雜石墨烯片上。當(dāng)其作為負(fù)極時(shí),展現(xiàn)了優(yōu)良的電化學(xué)性能。在0.1Ag-1電流密度下,可以獲得高達(dá)1016 mAh g-1的可逆容量。在高電流密度2和3Ag-1下,NGr-I-M仍然可以獲得達(dá)到651和522 mAh g-1的放電容量。為了減少?gòu)?fù)合材料電極的衰減,在電極材料表面使用原子氣相沉積(ALD)法沉積了超薄Al2O3納米層,可以有效地提高初始循環(huán)庫(kù)倫效應(yīng),同時(shí)也避免超長(zhǎng)循環(huán)的容量衰減。因?yàn)槌〉腁l2O3納米層不僅可以保護(hù)電極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,還能夠保持電極內(nèi)部的電子傳輸。保護(hù)后的電極*循環(huán)89%的庫(kù)倫效率遠(yuǎn)高于未保護(hù)的電極。并且在2Ag-1下循環(huán)三次后,庫(kù)倫效率都能穩(wěn)定在99%左右,200次循環(huán)后,可以獲得穩(wěn)定的508 mAh g-1可逆容量。并且在更高電流密度20Ag-1下測(cè)試時(shí),容量值可高至249mAh g-1,且沒有任何容量衰減。如此優(yōu)異的電化學(xué)性能,可以歸因于多種因素共同作用的結(jié)果,如多孔的氧化鐵納米結(jié)構(gòu),氮摻雜石墨烯的孔狀結(jié)構(gòu)和超薄氧化鋁層的保護(hù)等。同時(shí)也論證了超薄ALD納米保護(hù)可以避免電極在快速充放電下,超長(zhǎng)循環(huán)后的容量衰減。

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