《石墨烯/碳量子點複合材料的製備及光電性質研究》是依託湖北大學，由汪航行擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯/碳量子點複合材料的製備及光電性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪航行
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，低維度碳納米材料(如零維的富勒烯，準零維的碳量子點，一維的碳納米管和二維的石墨烯)因具有獨特的電學﹑光學﹑機械﹑熱力學以及光電學等特性而受到持續的關注。與單一維度碳材料相比，兩種或以上低維度碳材料構築而成的雜化結構，既能彌補彼此的性質缺陷，還具有單一維度材料沒有的特殊性質和功能。基於此，本課題將碳量子點和石墨烯作為構築基元用於製備石墨烯/碳量子點複合材料，並對相關材料的光電性質展開研究。具體研究內容包括：發展一種低成本製備石墨烯/碳量子點雜化結構的新途徑；通過雜原子摻雜調控石墨烯/碳量子點複合物的光電性質，研究雜原子摻雜對相關材料能帶水平的調控和光電性質的影響；在此基礎上，探究石墨烯/碳量子點用作光伏材料的套用潛力，首次用石墨烯/碳量子點材料製備全碳的太陽能電池器件。本項目的研究結果將會促進低成本﹑低毒﹑柔性光伏器件的開發，也有助於低維度碳納米材料在基礎研究和實際套用方面的發展。
結題摘要
項目背景：探究新型常效量子點材料的合成新方法具有較大的意義。碳點的出現被認為是螢光材料發展的又一次飛躍，代表了發光納米粒子研究進入了一個新的階段。現階段，開發新型碳點材料並將其用於製備高性能光電器件，還需要摸索更加合理的製備方法、材料結構以及器件製作工藝。 主要研究內容：本項目探究了通過有機小分子作為前驅體製備零維碳點和二維石墨烯類似物的方法、反應機理、結構形貌以及光電學等性質。在此基礎上，構築了由碳點和石墨烯構築而成的低維度碳納米複合結構，並實現了其在高效光電轉化電池器件中的套用。 重要結果及關鍵數據： 1. 通過氮、硫雙原子共摻雜，碳點的能帶間隙能夠有效降低（從3.99eV降低到3.05eV），光吸收範圍能夠從448nm紅移到478nm。同時，摻雜能夠顯著提高碳點材料的光電流回響性能（從36.5 μA/cm2增加到144.2μA/cm2）； 2. 氮、硫雙原子共摻雜的碳點屬於電子傳輸型材料，能夠和氧化石墨烯形成p-n結型複合材料。該複合材料可以通過電沉積方法快速組裝，具有操作簡便、薄膜厚度可控、光電流回響強度大、穩定性好等優點。同時，該複合材料製作的固體光檢測器件具有良好的器件性能（11.1±0.25 μA/cm2）； 3. 在離子液體輔助合成條件下，有機小分子可以通過熱聚合法轉化成碳點和石墨烯類似物。通過控制反應時間，可以有效調節碳點和石墨烯類似物的尺寸； 4. 碳點的發光機理探究發現，碳點骨架中含有的推-拉電子結構官能團單元是其螢光發射的重要來源。部分具有極高螢光量子產率的碳點的發光可以歸因於有機發光團的存在。本項目合成的具有推-拉電子結構的有機小分子顯示出極高的螢光量子產率（絕對量子產率大於89%）； 5. 氮原子摻雜的石墨烯類似物為電子傳輸型材料，具有良好的光電回響及電致發光特性。其在光催化降解有機污染物以及電分析檢測方面具有良好的套用性能。 科學意義： 1. 本項目成功地發展了一種低成本製備碳納米結構材料的新途徑； 2. 本項目的部分成果為解釋碳點的螢光機理提供了重要的參考依據； 3. 進一步促進低成本﹑低毒﹑柔性光伏器件的開發，也有助於低維度碳納米材料在基礎研究和實際套用方面的發展。
