《碳基納米材料發光機理的超快光譜研究》是依託吉林大學，由王海宇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳基納米材料發光機理的超快光譜研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王海宇
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳基螢光納米材料，如石墨烯氧化物、石墨烯量子點、碳納米點等，由於其奇特的光物理性質，在發展新型碳基光-電/電-光轉換器件、生物標記及成像等方面有著廣泛的套用前景，但是其電子結構和發光機理仍有待進一步深入研究。本課題擬通過超快光譜技術手段，以時域和頻域分辨為特色對碳基螢光納米材料的激發態動力學進行探測，揭示這些碳基納米材料在電子結構與各種可能的發光機制，如量子限域效應、類分子態發光、表面缺陷發光等之間的內在聯繫；並結合第一性原理的的理論計算，給出碳基螢光納米材料發光機理的較為統一的描述;初步實現對其螢光的定向設計和調控，為製備發光波長可大範圍調節的螢光碳納米材料提供思路。
結題摘要
碳基螢光納米材料，如石墨烯氧化物、石墨烯量子點、碳納米點等，由於其奇特的光物理性質，在發展新型碳基光-電/電-光轉換器件、生物標記及成像等方面有著廣泛的套用前景，但是其電子結構和發光機理仍有待進一步深入研究。本課題擬通過超快光譜技術手段，以時域和頻域分辨為特色對碳基螢光納米材料的激發態動力學進行探測，揭示這些碳基納米材料在電子結構與各種可能的發光機制，如量子限域效應、類分子態發光、表面缺陷發光等之間的內在聯繫。通過實驗我們證明了石墨烯氧化物、石墨烯氧化物納米帶和碳點有著不同的電子結構，即：石墨烯氧化物中存在比較多的非晶態的sp3/sp2結構，石墨烯氧化物納米帶該結構比較少，而在碳點當中則完全沒有，碳點只是由sp2的碳原子和其周圍包裹的含氧官能團組成。同時我們還發現，NaOH處理的石墨烯氧化物能減少石墨烯氧化物的含氧官能團數量且減弱sp2區和sp3區的相互作用，導致sp2區和sp3區的載流子動力學比未處理的石墨烯氧化物、HNO3處理的石墨烯氧化物加快很多。並且觀察到了石墨烯氧化物從絕緣體到半導體到半金屬狀態的演化過程，確定了不同含氧量下半導體的帶邊位置以及半金屬的臨界狀態。進一步研究石墨烯氧化物的螢光起源，通過和瞬態吸收結果對比，證明其螢光主要來源於sp2電子態，激發波長依賴的螢光特性是不同尺寸的sp2電子態的貢獻，從而給出了石墨烯氧化物電子結構的完整物理圖像。我們合成了不同形貌的二氧化鈦和石墨烯的複合材料，如球狀棒狀的二氧化鈦的複合材料；利用進行瞬態光譜的測試複合材料的電荷轉移和光催化過程，發現不同含氧量的石墨烯氧化物的電子親和能力有很大差別，複合體的電子轉移過程的方向取決於其含氧量。我們還合成了不同發光顏色的碳點材料，利用瞬態光譜技術研究了紅光碳點和綠光碳點的發光電子態。從而給出碳基螢光納米材料發光機理的較為統一的描述。目前項目總計發表SCI論文16篇（其中5篇影響因子大於10，影響因子大於3論文12篇）圓滿完成項目工作。
