基于碳纳米点组装体系的功能发光及多孔碳材料研究

doi:4ACD7E3A8DD80AC44BDFAC8F12D6EAA6

	基于碳纳米点组装体系的功能发光及多孔碳材料研究
	张旭涛
学位类型	博士
导师	张友林 ; 曲松楠
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	碳纳米点组装体系荧光加密多孔碳碱金属离子电池
摘要	碳纳米点是一种粒径小于10 nm的纳米颗粒,通常由碳、氢、氧和氮组成。作为一种新兴的碳纳米材料,碳纳米点具有低毒性、低成本以及优异的生物相容性等优点。由于具有诸多优秀的光电性质,碳纳米点在近些年被广泛研究。从合成上来讲,碳纳米点的合成方法简单快速,合成原料成本低廉;从结构上来讲,碳纳米点具有碳核和丰富的表面官能团,一般为球状纳米粒子,尺寸通常小于10 nm;从性质上来讲,碳纳米点具有优秀的发光性质,表面大量的官能团赋予其良好的可修饰性,同时碳纳米点具有低毒性和环境友好性;从应用上来讲,碳纳米点在纳米传感、光催化、生物及光电器件等领域都有广泛的应用。目前,碳纳米点的发光性质已被广泛研究。通过拓展多方面的研究,可以使碳纳米点在更多的应用领域中崭露头角。本论文对碳纳米点的研究体现在如下几个方面:(1)通过诱导碳纳米点在非极性溶剂中自组装,使得碳纳米点聚集诱导猝灭,实现碳纳米点水致荧光增强并用于双重荧光加密;(2)利用冻干自组装方法,可以由碳纳米点构建相应的组装结构,并经高温热处理后,实现基于碳纳米点组装体系的高氮掺杂多孔碳框架;(3)探索基于碳纳米点组装体系的多孔碳框架在碱金属离子电池领域的应用。本论文的具体内容如下:首先,以低成本原料柠檬酸和尿素分别作为碳源和氮源,利用N,N-二甲基甲酰胺或水作为溶剂,选用不同反应比例及反应时间,在不同的微波功率下制备了一系列氮掺杂碳纳米点。碳纳米点的荧光可以实现从蓝光到绿光的光学调控。通过对碳纳米点的结构表征,我们发现碳纳米点可以在非极性溶剂中自组装,实现由几个纳米的碳纳米点构建100~250 nm的超碳纳米点组装体。我们将具有多色荧光的碳纳米点通过自组装获得了超碳纳米点,并将其与纸复合获得了超碳纳米点复合纸。经喷水处理后,原本由于聚集诱导猝灭而无荧光发射的超碳纳米点重新分散为碳纳米点,实现荧光增强。该超碳纳米点复合纸还可用于指纹采集和将喷水打印与手写结合的双重荧光加密;冷冻干燥法可获得具有三维疏松多孔的组装结构,经高温热处理后得以获得基于碳纳米点组装体系的高氮掺杂多孔碳框架;最后,我们也通过以高氮掺杂多孔碳框架为活性材料,获得了碱金属离子负极,并通过以锂、钠和钾金属片作为对电极组装了扣式电池。通过测试数据表明,所制备的碳纳米点基多孔碳框架负极实现了在锂离子、钠离子和钾离子等碱金属离子电池中的应用,并获得了良好的循环稳定性和倍率稳定性。
页数	120
DOI	4ACD7E3A8DD80AC44BDFAC8F12D6EAA6
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63842
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	张旭涛. 基于碳纳米点组装体系的功能发光及多孔碳材料研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
基于碳纳米点组装体系的功能发光及多孔碳材（3980KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文