近日消息，韓國KAIST團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種合成單晶石墨烯量子點(diǎn)的新策略，制備出的單晶石墨烯量子點(diǎn)可發(fā)出穩(wěn)定的藍(lán)光。該研究小組證實(shí)，由合成的石墨烯量子點(diǎn)制成的顯示器成功地發(fā)出了具有穩(wěn)定電壓的藍(lán)光，根據(jù)報(bào)道這項(xiàng)新成果解決了制造顯示器中藍(lán)光發(fā)射的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。由O Ok Park教授在化學(xué)與生物工程系領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究于7月5日在《Nano Letters》上在線發(fā)表。

石墨烯因其卓越的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性以及透明性而作為下一代電子材料受到越來越多的關(guān)注。然而，單層和多層石墨烯具有導(dǎo)體的特性，因此難以應(yīng)用于半導(dǎo)體中。只有當(dāng)縮小到納米尺度時(shí)，半導(dǎo)體帶隙的明顯特征才會(huì)在石墨烯中出現(xiàn)。這種納米尺度石墨烯被稱為石墨烯量子點(diǎn)。

石墨烯量子點(diǎn)是一種準(zhǔn)零維納米材料，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)。與傳統(tǒng)發(fā)光材料相比，石墨烯量子點(diǎn)具有帶隙寬度及發(fā)光特性連續(xù)可調(diào)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿腐蝕；不含有毒性金屬元素，綠色環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)。近年來，石墨烯量子點(diǎn)材料在發(fā)光器件、光電傳感器、熒光分析等研究領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有基于石墨烯量子點(diǎn)的發(fā)光材料，仍存在光轉(zhuǎn)換效率較低（＜20%），發(fā)光色彩偏離正白光，熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，限制了其實(shí)際使用。

常規(guī)地，單晶石墨烯可以通過化學(xué)氣相沉積（CVD）在銅或鎳薄膜上制造，或者通過物理和化學(xué)地剝離石墨來制造。然而，通過化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯主要用于大表面積的透明電極。同時(shí)，通過化學(xué)和物理剝離制成的石墨烯具有不均勻的尺寸缺陷。

Park教授說：“這種溶液方法將極大地促進(jìn)石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用連接和拓展。這種新型合成技術(shù)將擴(kuò)大石墨烯的應(yīng)用范圍，如在柔性顯示器和壓敏電阻器領(lǐng)域的應(yīng)用。”

論文信息
Seok Hwan Lee et al. Synthesis of Single-Crystalline Hexagonal Graphene Quantum Dots from Solution Chemistry, Nano Letters (2019). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01940

Abstract

Graphene-based carbon nanostructures with nanometer dimensions have been of great interest due to the existence of a bandgap. So far, well-ordered edge structure and uniformly synthesized graphene quantum dots (GQDs) with a hexagonal single-crystalline structure have not been directly observed owing to the limited precision of current synthesis approaches. Herein, we report on a novel approach not just for the synthesis of the size-controlled single-crystalline GQDs with hexagonal shape but also for a new discovery on constructing 2D and 3D graphene single crystal structures from d-glucose via catalytic solution chemistry. With size-controlled single-crystalline GQDs, we elucidated the crucial role of edge states on luminescence from the correlation between their crystalline size and exciton lifetime. Furthermore, blue-emissive single-crystalline GQDs were used as an emitter on light-emitting diodes and exhibit stable deep-blue emission regardless of the voltage and doping level.

在這里，我們報(bào)告了一種新方法，不僅用于合成具有六邊形形狀的尺寸控制的單晶GQD，而且還用于通過催化溶液化學(xué)從d-葡萄糖構(gòu)建2D和3D石墨烯單晶結(jié)構(gòu)的新發(fā)現(xiàn)。 通過控制單晶GQD的尺寸，我們從晶體尺寸和激子壽命之間的相關(guān)性闡明了邊緣態(tài)對(duì)發(fā)光的關(guān)鍵作用。 此外，藍(lán)色發(fā)光單晶可以用作發(fā)光二極管上的發(fā)光體，并且無論電壓和摻雜水平如何變化，GQD都表現(xiàn)出穩(wěn)定的深藍(lán)色發(fā)光。

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