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KAIST新技术可合成单晶石墨烯量子点

KAIST新技术可合成单晶石墨烯量子点

近日消息,韩国KAIST团队设计了一种合成单晶石墨烯量子点的新策略,制备出的单晶石墨烯量子点可发出稳定的蓝光。该研究小组证实,由合成的石墨烯量子点制成的显示器成功地发出了具有稳定电压的蓝光,根据报道这项新成果解决了制造显示器中蓝光发射的长期挑战。由O Ok Park教授在化学与生物工程系领导的这项研究于7月5日在《Nano Letters》上在线发表。

KAIST新技术可合成单晶石墨烯量子点
石墨烯因其卓越的导热和导电性以及透明性而作为下一代电子材料受到越来越多的关注。然而,单层和多层石墨烯具有导体的特性,因此难以应用于半导体中。只有当缩小到纳米尺度时,半导体带隙的明显特征才会在石墨烯中出现。这种纳米尺度石墨烯被称为石墨烯量子点。

石墨烯量子点是一种准零维纳米材料,具有独特的物理、化学性质。与传统发光材料相比,石墨烯量子点具有带隙宽度及发光特性连续可调;结构稳定,耐强酸、强碱腐蚀;不含有毒性金属元素,绿色环保等突出优势。近年来,石墨烯量子点材料在发光器件、光电传感器、荧光分析等研究领域得到广泛关注。然而,现有基于石墨烯量子点的发光材料,仍存在光转换效率较低(<20%),发光色彩偏离正白光,热稳定性差等缺点,限制了其实际使用。

常规地,单晶石墨烯可以通过化学气相沉积(CVD)在铜或镍薄膜上制造,或者通过物理和化学地剥离石墨来制造。然而,通过化学气相沉积制备的石墨烯主要用于大表面积的透明电极。同时,通过化学和物理剥离制成的石墨烯具有不均匀的尺寸缺陷。

Park教授说:“这种溶液方法将极大地促进石墨烯在各个领域的应用连接和拓展。这种新型合成技术将扩大石墨烯的应用范围,如在柔性显示器和压敏电阻器领域的应用。”

论文信息
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.

在这里,我们报告了一种新方法,不仅用于合成具有六边形形状的尺寸控制的单晶GQD,而且还用于通过催化溶液化学从d-葡萄糖构建2D和3D石墨烯单晶结构的新发现。 通过控制单晶GQD的尺寸,我们从晶体尺寸和激子寿命之间的相关性阐明了边缘态对发光的关键作用。 此外,蓝色发光单晶可以用作发光二极管上的发光体,并且无论电压和掺杂水平如何变化,GQD都表现出稳定的深蓝色发光。

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