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干货!中国石墨烯量子点制备技术及创新资源现状!

日期:2018-01-16 点击次数:1719

干货!中国石墨烯量子点制备技术及创新资源现状!

2018-01-16 石墨盟

石墨烯量子点(GQDs)是一种准零维的纳米材料,由于其电子在每个方向上的运动都受到限制,所以量子的局域效应特别显著,具有独特的物理、化学性质,比如与传统半导体量子点相比,石墨烯量子点具有(1)不含高毒性金属元素,是环保型的量子点材料;(2)结构稳定,耐强酸、强碱及光腐蚀;(3)带隙宽度范围可调;(4)表面功能化实现容易(5)厚度可薄到一个单原子、化学稳定性等特性。


一、中国石墨烯量子点制备技术**分析

石墨烯量子点的制备主要分为扩大法和缩小法(也称“自下而上”和“自上而下”法),如图1 所示。


对中国**局网站中的石墨烯量子点**进行检索,并利用该网站平台分析功能及EXCEL 等工具,重点分析了石墨烯量子点的制备技术、创新资源、研发区域等内容。截至2016 年12 月,共检索到石墨烯量子点制备技术**110项(因**公开时限限制,2016 年数据仅供参考)。


中国石墨烯量子点制备技术发展趋势

随着石墨烯技术的不断突破,中国石墨烯量子点技术也逐渐发展起来,目前,中国石墨烯量子点**技术总体呈现上升趋势(见图2)。中国石墨烯量子点**技术始于2009 年,该技术是通过裁剪石墨烯方法得到石墨烯量子点。


中国石墨烯量子点制备专术分析

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中国石墨烯量子点制备**技术其中涉及扩大法制备技术、缩小制备技术以及制备装置、提纯技术、性能优化技术等,其中缩小法制备技术有85 项**,扩大法制备技术21 项**,其余技术装备共4 项**(见图3)。


缩小法制备技术分析

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中国石墨烯量子点缩小法制备技术涉及水热法、剥离法、强酸氧化法、溶剂热法、电化学法、电子束辐照、臭氧法、氢气法、气热法、磁控溅射技术、辐照等11 种方法。水热法是中国石墨烯量子点缩小法制备技术主要技术,共有35项**技术。剥离法是中国石墨烯量子点缩小法制备技术采用的第二大技术,有15 项**技术。强酸氧化法、溶剂热法、电化学法等技术也有一定的发展,电子束辐照、臭氧法、氢气法、气热法、磁控溅射技术、辐照等是中国石墨烯量子点缩小法制备使用的新兴技术(见图4)。                              33333

在剥离法制备石墨烯量子点技术中,主要通过化学辅助方法进行,另外还采用了超声技术、光刻技术以及综合利用超声与辐照技术(见图5)。 44444


扩大法制备技术分析

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中国石墨烯量子点扩大法制备技术涉及富勒烯法、共燃法、热解碳化法、溶液化学法等4 种方法,其中以热解碳化法技术为主,其**数量占扩大法**数量的比例超过60%;溶液化学法有5 项**技术,共燃法有2 项**技术,富勒烯法仅有1 项**技术(见图6)。



二、中国石墨烯量子点制备技术创新资源分析


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中国石墨烯量子点制备技术创新资源共59 家机构,其中**拥有量超过2 项的机构情况见图7。上海大学领衔中国石墨烯量子点制备技术,上海交通大学位居第二位,昆明物理研究所、中科院上海微系统与信息技术研究所并列第三位。其他创新资源还有南京大学、桂林理工大学、中科院兰州化学物理研究所、北京科技大学、吉林大学深圳粤网节能技术服务有限公司、云南师范大学等机构。

中国石墨烯量子点制备技术创新机构主要以高校科研院所为主,共50 家机构,表明中国石墨烯量子点剥离法制备技术主要处于实验室阶段。

上海大学石墨烯量子点制备技术

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上海大学的石墨烯量子点制备技术涉及了缩小法和扩大法制备技术,其中扩大法采用了3 项热解碳化法技术和1 项溶液化学法技术,缩小法则采用了4 项热水法技术和2 项电子束辐照技术(见图8)。


上海交通大学石墨烯量子点制备技术88888

上海交通大学仅研发了缩小法制备石墨烯量子点的技术,采用的主要技术包括4 项水热法技术、2 项剥离法技术和1 项强酸氧化法技术(见图9)。


中科院上海微系统与信息技术研究所石墨烯量子点制备技术99999


中科院上海微系统与信息技术研究所研发了缩小法、扩大法制备石墨烯量子点的技术以及提纯技术,其中扩大法采用了2 项溶液化学法技术和1 项热解碳化法技术,缩小法则分别采用了气热法和溶剂热法各1 项技术(见图10)。


昆明物理研究所石墨烯量子点制备技术


昆明物理研究所在缩小法及扩大法制备石墨烯量子点进行了研发,其扩大法参与度技术为2 项共燃法技术和1 项热解碳化法技术,而缩小法则采用了2 项水热法技术、1 项剥离法技术(见图11)。


中国石墨烯量子点制备技术创新地区分析10000

图12  中国量子点制备技术主要研发区域

中国石墨烯量子点制备**技术主要研发区域涉及国内20 个省市以及美国、印度等国家,其中上海市以28 项石墨烯量子点制备**技术位居**位,江苏省、云南省则分别以13 项**、9 项**位居第二、第三位(见图12)。


上海石墨烯量子点制备技术11110

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图13  上海市石墨烯量子点制备技术

上海市石墨烯量子点制备技术主要以缩小法技术为主,具体开展了11 项水热法技术、2 项电子束辐照法技术、2 项溶剂热法技术以及使用超声、光刻、光辐射等辅助技术的剥离技术、电化学法、气热法、强酸氧化法等;其扩大法技术主要有4 项热解碳化法技术和3 项溶液化学法技术;另外还开展了1 项石墨烯量子点提纯技术(见图13)。


江苏省石墨烯量子点制备技术11113

江苏省石墨烯量子点制备技术主要集中在缩小法技术方面,具体开展了5 项水热法技术、4 项强酸氧化法技术以及溶剂热法技术、利用超声的剥离技术等;其扩大法技术只有1 项热解碳化法技术;另外还研发了1 项石墨烯量子点制备

装置(见图14)。


石墨烯量子点制备技术对比分析11114

石墨烯量子点缩小法制备技术具备原料易得、生产工艺简单、适于规模化制备等优点,但存在控制难、产率低、产品尺寸不稳的等缺点;扩大法制备过程可控性强,但相对操作繁琐,且产品提纯困难等不足(见表1)。



结语


目前,中国石墨烯量子点制备技术总体呈现上升发展趋势,主要制备方法以缩小法为主。中国石墨烯量子点缩小法制备主要采取的技术是水热法和剥离法,电子束辐照、臭氧法、氢气法、气热法、磁控溅射技术、辐照等是中国石墨烯量子点缩小法制备使用的新兴技术。热解碳化法是中国石墨烯量子点扩大法制备技术的主要技术方法。中国石墨烯量子点制备技术主要创新机构包括上海大学、上海交通大学位、昆明物理研究所、中科院上海微系统与信息技术研究所等,创新能力较强的区域主要有上海市、江苏省、云南省等省市。


鉴于石墨烯量子点制备技术特点及不足,应进一步突破制备关键技术,研发具有层数形状可控、生产装置简单,制备工艺简便、产率高、可量产的高质量GQDs 制备方法。


来源:

刘振宇 刘 瑾,青岛市科学技术信息研究院,石墨烯量子点制备技术及创新资源现状,中国科技信息




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