科学家开发用于制造石墨烯量子点的单工艺平台

石墨烯由平面结构组成，碳原子以六角形连接，类似于蜂巢。当石墨烯尺寸缩小到几纳米(nm)时，它就变成了石墨烯量子点，表现出荧光和半导体特性。石墨烯量子点作为一种新型材料可用于各种应用，包括显示屏、太阳能电池、二次电池、生物成像、照明、光催化和传感器。对石墨烯量子点的兴趣正在增长，因为最近的研究表明，控制某些材料碳结构中杂原子(如氮、硫和磷)的比例可以增强它们的光学、电学和催化性能。

韩国科学技术研究院(KIST，Seok-Jin Yoon 院长)报道称，由功能复合材料研究中心的 Byung-Joon Moon 博士和 Sukang Bae 博士领导的研究小组开发了一种精确控制键合的技术石墨烯量子点中单个杂原子的结构，是一种零维碳纳米材料，通过简单的化学反应控制;并且他们确定了相关的反应机制。

为了控制石墨烯量子点内的杂原子掺入，研究人员之前曾研究过使用添加剂在点本身已经合成后将杂原子引入点中。然后必须进一步纯化该点，因此该方法在整个制造过程中增加了几个步骤。研究的另一种方法涉及同时使用多种有机前体(它们是点合成的主要成分)以及含有杂原子的添加剂。然而，这些方法具有明显的缺点，包括最终产物的结晶度降低和总反应收率较低，因为必须实施几个额外的纯化步骤。此外，为了获得具有制造商所需化学成分的量子点，必须优化各种反应条件，例如添加剂的比例。这将不可避免地导致整个过程持续时间和单位制造成本的增加。

传统的制造方法使用酸性前体或溶液，因此需要中和和纯化步骤。相反，新开发的工艺使用在合成过程中被中和的弱碱性前体，这意味着该工艺的优点是生产的石墨烯量子点在准备使用之前不需要额外的处理。

研究小组还使用基于计算化学的计算机建模发现，石墨烯量子点合成过程中使用的溶剂会影响有机前体富马腈的氧化，富马腈也含有杂原子(氮)。这意味着溶剂类型最终决定了最终石墨烯量子点产品的化学成分。此外，基于所使用的特定溶剂计算的有机前体的理论氧化能值经实验证明具有预测最终石墨烯量子点的大致化学成分的能力。

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