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材料学院在二维材料量子点制备领域取得重要进展
发布日期:2017-12-19  字号:   【打印

12月15日,我校材料科学与工程学院吴玉程教授团队与美国莱斯大学(Rice University)材料科学与纳米工程学院 Pulickel M. Ajayan教授团队等开展合作,在以石墨烯为代表的二维材料量子点可控制备研究中取得了重要进展,相关成果以“Cryo-mediated exfoliation and fracturing of layered materials into 2D quantum dots”为题发表在美国科学促进会(AAAS)出版的Science Advances 期刊上 (链接:http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1701500)。该刊物作为Science杂志子刊,是2015年启刊的综合性、数字化杂志,旨在快速发表整个自然科学领域具有原创性、突破性的研究成果。论文第一作者是吴玉程教授团队的青年教师王岩副教授,该团队2016级博士生张剑芳为该论文的共同第一作者。

二维材料量子点具有独特的电子和光学特征而被广泛应用于光伏能源、生物成像、光探测器等诸多领域。目前二维材料制备量子点的制备方法主要包括水热法、微波法、电化学法、纳米刻蚀法和超声剥离法等。但是这些方法通常需要繁琐的合成步骤和苛刻的实验条件,往往在高沸点有机溶剂中处理十小时甚至更长时间,以实现量子点的制备,而得到的量子点浓度低,且提纯与分离工艺复杂,制约了其应用。

该研究团队首次发展了一种高效率、大批量制备一系列二维材料量子点的普适方法,即通过液氮冷冻预处理和超声液相剥离相结合工艺,在短时间内实现从二维层状材料初始粉末中剥离得到量子点。液氮冷冻预处理工艺能够有效减弱二维层状材料层与层间的范德华力,并且在层内形成弥散分布的微观小裂缝,能够大幅度提升超声液相剥离的效率;该方法所制备的量子点浓度高,不含有官能团和其他杂质原子,无需进一步的提纯和分离,且具有较强的光致发光特性和较高的量子产率;该论文通过引入液氮冷冻预处理辅助的超声液相剥离工艺,仅需数小时即可在低沸点溶剂如异丙醇、水及其混合溶剂中得到高浓度的二维材料量子点。目前,课题组以此工艺为基础,进一步拓展了二维材料超薄纳米片以及二维量子点与纳米片复合结构的调控制备

该工作得到了美国SABIC公司项目、国家自然科学基金、国家留学基金委等项目的资助,研究成果已申请发明专利2项。吴玉程教授团队已与美国莱斯大学(Rice University)、四川大学、江苏大学等国内外科研团队在二维材料领域开展了密切交流与广泛合作。

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典型二维材料量子点AFM和TEM图:(A, D, G)石墨烯量子点,(B, E, F)MoS2量子点,(C, F, I)WS2量子点

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所制备量子点的光学特性表征结果

 

(王岩/文  王岩/图)  
编辑:张瑾
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