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KAIST新技術可合成單晶石墨烯量子點

近日消息,韓國KAIST團隊設計了一種合成單晶石墨烯量子點的新策略,制備出的單晶石墨烯量子點可發出穩定的藍光。該研究小組證實,由合成的石墨烯量子點制成的顯示器成功地發出了具有穩定電壓的藍光,根據報道這項新成果解決了制造顯示器中藍光發射的長期挑戰。由O Ok Park教授在化學與生物工程系領導的這項研究于7月5日在《Nano Letters》上在線發表。


石墨烯因其卓越的導熱和導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注。然而,單層和多層石墨烯具有導體的特性,因此難以應用于半導體中。隻有當縮小到納米尺度時,半導體帶隙的明顯特征才會在石墨烯中出現。這種納米尺度石墨烯被稱為石墨烯量子點。

石墨烯量子點是一種準零維納米材料,具有獨特的物理、化學性質。與傳統發光材料相比,石墨烯量子點具有帶隙寬度及發光特性連續可調;結構穩定,耐強酸、強堿腐蝕;不含有毒性金屬元素,綠色環保等突出優勢。近年來,石墨烯量子點材料在發光器件、光電傳感器、熒光分析等研究領域得到廣泛關注。然而,現有基于石墨烯量子點的發光材料,仍存在光轉換效率較低(<20%),發光色彩偏離正白光,熱穩定性差等缺點,限制了其實際使用。

常規地,單晶石墨烯可以通過化學氣相沉積(CVD)在銅或鎳薄膜上制造,或者通過物理和化學地剝離石墨來制造。然而,通過化學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,通過化學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:“這種溶液方法将極大地促進石墨烯在各個領域的應用連接和拓展。這種新型合成技術将擴大石墨烯的應用範圍,如在柔性顯示器和壓敏電阻器領域的應用。”

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.

在這裡,我們報告了一種新方法,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從d-葡萄糖構建2D和3D石墨烯單晶結構的新發現。 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性闡明了邊緣态對發光的關鍵作用。 此外,藍色發光單晶可以用作發光二極管上的發光體,并且無論電壓和摻雜水平如何變化,GQD都表現出穩定的深藍色發光。

本文來自石墨烯資訊,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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