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数量:12 (4)DOI: 10.37532 / 0974 - 7540.22.12.4.246

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属性和电催化的碳量子点的应用程序

*通信:

萨拉布朗
编辑部,电化学的研究和评论,英国
电子邮件:electro.med@scholarres.org

文摘

发光碳量子点(cqd)是一种新型的碳材料,最近收到了大量的关注,特别是在化学传感器,能,纳米医学、太阳能电池、发光二极管(LED)和电催化作用。cqd可以容易和廉价使用各种技术,包括电弧放电法、微波热解,水热法,电化学合成。cqd杰出的物理和化学性质,如高结晶,分散性好,光致发光。尤其是cqd,提高了导电性和催化活性因其体积小、超导、和快速的电子转移。此外,cqd表面有大量的官能团,从而更容易使多组分的电活性催化剂。相互作用在这些多组分的催化剂可能进一步提高催化性能通过促进电荷转移,在电化学是很重要的。最近的研究在cqd集中在荧光、光催化性能。本文将总结的主要进步cqd合成方法,优秀的物理和电子性质,在电催化作用和应用程序,比如氧气还原反应(ORR),氧革命反应(OER)、氢进化减少(她)和二氧化碳还原反应(CO2RR)。

介绍

碳基纳米材料如碳纳米管、富勒烯、石墨烯、纳米金刚石近年来受到极大的关注。然而,金刚石制备和分离困难;碳纳米管、富勒烯和石墨烯低水溶性和困难提供强烈的荧光在可见光区域,限制了他们的应用程序。碳量子点(cqd)是零维碳基纳米材料的小尺寸和相对强烈的荧光。cqd领域的主要研究对象是石墨烯量子点(GQDs),碳Nanodots (cnd)和聚合物点(PDs)。cqd也被称为碳点在某些情况下(CDs)。GQDs、组合和PDs在大小和光电化学性质相似,但不同的内部结构和表面化学组。他们是单分散的球形纳米粒子与碳基骨架和大量的含氧组表面上。这些材料荧光,大小和表面化学组必须仔细调整来调整电子结构。cqd不仅继承传统的优秀的光学特性半导体量子点,但他们也弥补不足的传统材料的细胞毒性、环境危害、生物危害。cqd也具有良好的水溶性、化学稳定性和photo-bleaching阻力,以及易于表面功能化和大规模制备。研究人员于2004年发现以来,它已经引起了科学家的兴趣在各种领域,包括生物学、化学传感、纳米、光电催化。已经取得了大量的进展在cqd的合成和应用的。的合成方法和物理/化学性质这些发光cqd将首先综述。尽管electrocatalytic CQD的性质研究了近年来,目前没有具体评论关注CQD应用在电催化作用。因此,我们讨论详细的应用在几个electrocatalytic cqd反应,包括氧气还原反应(ORR),氧气进化反应(OER)、氢进化减少(她)和二氧化碳还原反应(CO2RR),以及这些方面他们可能带来的好处。

物理和化学性质

分析师难以确定纳米粒子的物理化学性质,研究其结构和功能的链接。他们完全探索的能力纳米级领域是一个重要的限制:不同描述策略都是基于不同的实际特征,导致纳米粒子属性的不完整的图像。有目的的大量的纳米颗粒可以直接影响表示方法。利用纳米粒子在各种准备工作,包括微粒、金属(氧化物)和合成聚合物。

吸光度

cqd的光学吸收峰在紫外可见区域通常估计π-πsp2共轭碳和n-π* *过渡转型的杂交等杂原子N, S, P,等等。表面钝化或修改可以用来操纵吸收性质。江等人使用三种同分异构体的苯二胺创建红、绿、蓝发光cqd通过一个简单的水热法。cqd获得的紫外可见吸收光谱显示出了类似的模式。有趣的是,这三个cqd吸收转换的红移,表明cqd的电子带隙较小的比他们的前辈。

光致发光

光致发光是cqd最有趣的特性之一,无论是在基础研究和实际应用。一般来说,不同的发射波长和强度的依赖的PL cqd是一致的特性。纳米粒子的光学选择不同大小或cqd不同发射表面陷阱可以解释这种不同寻常的现象。广泛和excitation-dependent PL发射光谱研究了cqd的发射行为在470纳米波长的辐射与不同浓度反映了颗粒大小的变化和PL发射。cqd解决方案的PL强度先增加,然后随着浓度的增加而减少。

致发光

因为半导体表现出致发光纳米晶体是众所周知的(ECL),也就不足为奇了cqd引发了一连串的发射极耦合逻辑研究的兴趣,可以在电化学领域的应用。张安定CQDsbased发光二极管(LED)装置的驱动电流控制排放的颜色。在不同工作电压,color-switchable发射极耦合逻辑从同一cqd从蓝色到白色的观察。为了更好地理解cqd的发光机理,研究人员提出了两个模型基于共轭p域的带隙发射和另一个表面缺陷引起的边缘效应。p-conjugated电子的量子限制效应(股价)在sp2原子框架决定的PL特征荧光发射的cqd共轭p域,可以调节其大小、边缘配置和形状。荧光发射的cqd表面缺陷是由于碳sp2和sp3杂交,cqd以及其他表面缺陷,荧光强度和峰值位置也与此相关的缺陷。

碳量子点用于电催化

因为即将到来的环境挑战,碳基材料,特别是cqd,许多领域的的兴趣能源转换和存储。丰富的官能团(- nh2 -哦,羧基,等等)cqd表面可以作为积极协调网站过渡金属离子。杂原子掺杂cqd electrocatalytic性能的多个组件可能会进一步促进电子转移通过改善内部交互

氧还原反应

奥尔近年来获得了广泛的关注作为金属气质电池和关键路线燃料细胞。cqd稳定在水和一些极性有机溶剂由于氮和氧官能团,并方便多组分的光电化学反应如奥尔。金等人创造了一个新的碳基奥尔催化剂通过杂交GQDs石墨烯带的制作都(GNR)原位使用一个单步还原反应。获得的GQDs-GNR催化剂表现出优秀的奥尔在碱性条件下的性能和耐久性。通过装修纲常GQDs粒子表面上的二维GQDs nanosheet,刘创建了一个多维N-GQDs混合与可调PL发射。结果N-GQDs展示优秀的催化或者在媒体的基本性能。相比原始s-g-C3N4 GQDs,结果s-g-C3N4@GQDs nanohybrid证明显著提高催化或者活动,表明cqd电催化应用的潜力

氧气进化反应

cqd结合过渡金属(TM)的化合物可以提高TM-based催化剂的催化性能。www.hakon-art.com | 2022年7月——3据报道,警察/ cqd综合展览在碱性电解质OER活动比纯粹的警察,和一个潜在的400 mV。丰富的官能团,体积小,导电性好,快速电子转移cqd都有助于提高电催化性能的警察/ cqd复合。唐描述一个有前途的cqd / NiFe-LDH纳米复合催化剂合成通过理性共同沉淀solvothermal治疗紧随其后。cqd / NiFe-LDH催化剂得到了优秀的OER电化学活动了低在潜在的235 mV 10马在1 M KOH cm-2和良好的耐久性。NiFe-LDH和电导率的增加有利cqd和NiFe-LDH之间的电子转移。

二氧化碳还原反应

近年来,电化学转换的过度燃烧产生的二氧化碳化石燃料回到自然碳循环已成为新的热点能源研究。傅和朱设计了一个新颖的方法生产nitrogendoped石墨量子dots-wrapped单个水晶Au纳米颗粒(NGQDs-SCAu NPs)减少二氧化碳。合成的NGQDs-SCAu NPs证明二氧化碳还原性能改善,0.15 V的发病可能与可逆氢电极(流值)和潜在的只有0.04 V。此外,感应电流的效率NGQDs-SCAu NPs公司产品是0.4 V降低比裸露的农大的催化剂。农大和NGQDs之间的协同作用增强的羧基*吸附吡啶N的NGQDs的提高催化活性归因于NGQDsSCAu NPs减少二氧化碳转化为有限公司