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通过水溶液激光烧蚀法实现石墨烯量子点的可控氮掺杂及其在光致发光与电催化领域的应用

DOI：10.1021/acsanm.9b01433 期刊：ACS Applied Nano Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）在催化和光致发光领域具有广阔应用前景，但现有合成方法大多存在使用强腐蚀性化学品、反应时间长、纯化步骤复杂且表面官能团控制不佳等问题。液相激光烧蚀法（LAL）因具有制备速度快、化学试剂用量少、纯化流程简单、副产物少以及可通过精确调控激光参数控制产物等优势，成为制备纳米材料的理想替代方案。本研究报道了以氨水、乙二胺和吡啶水溶液为介质，通过液相激光烧蚀碳纳米洋葱制备N-GQDs的方法。通过选择不同掺杂剂可调控氮元素总含量及官能团分布，从而实现对光致发光发射波长和寿命的控制：高浓度胺基官能团倾向于使发射光谱红移并缩短发光寿命，而吡啶基官能团则导致发射蓝移并延长发光寿命。该N-GQDs在电催化氧还原制备过氧化氢（一种重要的工业化学品）方面也展现出优异性能，不仅具有低过电位特性，对双电子氧还原路径还具有高选择性。
作者： Rosemary L. Calabro，Dong-Sheng Yang，Doo Young Kim
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究通过液相激光烧蚀法（LAL）合成氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs），并探索其在光致发光和电催化（特别是氧还原反应ORR产过氧化氢）中的应用。

研究成果

该研究通过液相剥离法（LAL）成功合成了具有可调光致发光和电催化性能的氮掺杂石墨烯量子点（N-GQDs）。氮前驱体的选择影响了官能团的分布，进而调控了发射波长与寿命。这些N-GQDs对二电子氧还原反应（2e-ORR）表现出高选择性，在过氧化氢制备领域具有应用潜力。后续工作将聚焦于催化性能优化及替代前驱体的探索。

研究不足

该研究承认需要通过提高样品的疏水性及探索替代碳前驱体来进一步优化催化性能。溶剂的选择及其特性也可能影响光致发光寿命和量子产率，这在应用中应予以考虑。

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