《單層氧化石墨烯光電功能特性的雷射改性研究》是依託山西大學，由張國峰擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：單層氧化石墨烯光電功能特性的雷射改性研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張國峰
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
山西省具有豐富的石墨礦產資源，研究對石墨資源的高效利用具有重要的意義。本項目針對目前氧化石墨烯系綜樣品改性研究過程中的不確定性及光學特性外場可操控性較弱等關鍵問題開展單層氧化石墨烯雷射改性的研究。理論研究不同的sp^2碳團簇和sp^3含氧官能團簇分布對光場和電場的回響特性。基於單層氧化石墨烯中各含氧官能團具有不同的解離能和遷移能，利用紫外、可見光和近紅外波段的雷射對單層氧化石墨烯中的含氧官能團的含量、空間排布進行確定性的雷射改性。研究不同雷射改性方式下的單層氧化石墨烯在電場操控作用下的螢光輻射特性和光學吸收特性，通過最佳化實驗條件有效地提高氧化石墨烯的雷射改性的效率，結合電場操控的手段使氧化石墨烯螢光輻射強度和光學吸收率提高兩個數量級以上，為開發基於氧化石墨烯的新型光電功能材料奠定理論和實驗基礎。
結題摘要
本項目針對氧化石墨烯（GO）系綜樣品改性研究過程中的不確定性及光學特性外場可操控性較弱等關鍵問題開展單層GO雷射改性及其套用研究。本項目在研究期間主要獲得以下四個方面的成果。（1）GO光致還原作用機理的研究。研究了GO螢光強度、螢光壽命、吸收強度、表面形貌隨雷射照射時間、照射功率的變化關係，利用時間關聯單光子計數技術測量了光致還原單層GO過程中螢光壽命變化，分析了GO光致還原的動力學過程及反應路徑。研究表明GO螢光主要源於GO中sp^2團簇和羥基，其中sp^2團簇螢光輻射較弱壽命約0.14ns且不隨雷射照射而改變，而羥基螢光輻射較強壽命約1.37ns並且隨著雷射照射其強度發生急劇變化。（2）利用光場調控GO螢光強度和壽命特性實現了微納圖形製備與信息存儲。通過改變光致還原過程中雷射的照射時間和功率，實現了對GO還原程度、螢光強度和螢光壽命的精確調控。通過調節GO薄膜局部光學特性，獲得了具有準均勻螢光發射特性的GO薄膜，並製備了複雜的高分辨微納結構，其誤碼率低於0.2%。通過精確調控局部還原程度以調節其螢光壽命，實現了基於螢光壽命變化的微納圖形製備。（3）首次利用光場調控實現了對GO與量子點之間螢光共振能量轉移的操控。分別測量了玻璃基片和GO膜上量子點的螢光發射特性，發現玻璃基片上量子點螢光強度和壽命均大於GO膜基片上螢光強度和壽命。GO膜上量子點螢光強度和壽命隨GO還原程度的增加而減小。通過調節GO還原程度，使轉移效率由0.30提升至0.70；能量轉移速率由2.5×10^-3ns^-1增大到14×10^-3ns^-1，實現了對量子點螢光輻射特性的調控。（4）研究了GO及光致還原GO對染料分子及重金屬離子的吸附作用。由於GO與還原GO具有較高的比表面積能夠作為一種良好的吸附材料，研究結果表明光致還原GO對陰離子染料吸附量具有4倍以上的提升，初始吸附速率也較GO有33倍的提升，且具有很好的循環利用效果，研究也發現GO與還原GO對染料分子、重金屬離子的吸附都為放熱過程。該研究可以促進石墨烯類材料提高污水處理能力、緩解淡水資源短缺。
