Уголь дает множество квантовых точек графена

Лаборатория Райса химика Джеймса Тура нашла простые методы преобразования трех видов угля в графеновые квантовые точки (GQD), микроскопические диски из оксида графена толщиной в атом, которые можно было бы использовать в медицинских изображениях, а также в сенсорных, электронных и фотоэлектрических приложениях.
О находке сообщили сегодня в журнале Nature Communications.
Ширина запрещенной зоны определяет, как полупроводниковый материал проводит электрический ток.

В квантовых точках запрещенные зоны отвечают за их флуоресценцию и могут быть настроены путем изменения размера точек. Процесс, разработанный Туром и компанией, позволяет контролировать их размер, как правило, от 2 до 20 нанометров, в зависимости от источника угля.
По словам Тур, есть много способов сделать GQD, но большинство из них дороги и производятся в очень небольших количествах.

Хотя в прошлом году другая лаборатория риса нашла способ сделать GQD из относительно дешевого углеродного волокна, уголь обещает большее количество GQD, которое станет еще дешевле за одну химическую операцию, сказал он.
«Мы хотели посмотреть, что может быть интересно в угле, поэтому мы провели его через очень простую процедуру окисления», – пояснил Тур. Это включало измельчение угля и купание его в растворах кислоты, чтобы разорвать связи, которые удерживают крошечные домены графена вместе.

«Вы не можете просто взять кусок графена и легко его нарезать до такого маленького размера», – сказал он.

Тур зависел от лаборатории химика Райса и соавтора Ангела Марти, который помогал охарактеризовать продукт. Оказалось, что разные виды угля дают разные виды точек. GQD были получены из битуминозного угля, антрацита и кокса, побочного продукта нефтепереработки.

Каждый уголь обрабатывали ультразвуком в азотной и серной кислотах и ​​нагревали в течение 24 часов. Битуминозный уголь дает GQD шириной от 2 до 4 нанометров. Кокс производил GQD размером от 4 до 8 нанометров, а антрацит – многослойные структуры от 18 до 40 нанометров, с небольшими круглыми слоями поверх более крупных и тонких слоев. (Чтобы посмотреть, что произойдет, исследователи обработали чешуйки графита тем же способом и получили в основном более мелкие чешуйки графита.)
Тур сказал, что точки растворимы в воде, и ранние тесты показали, что они нетоксичны.

Это дает надежду, что GQD могут служить эффективными антиоксидантами, сказал он.
Медицинская визуализация также может принести большую пользу, поскольку точки демонстрируют надежную работу в качестве флуоресцентных агентов.

«Одна из проблем со стандартными зондами в флуоресцентной спектроскопии заключается в том, что когда вы загружаете их в ячейку и воздействуете на них мощным лазером, вы видите их от доли секунды до нескольких секунд, и все», Марти сказал. "Они все еще там, но были обесцвечены фото.

Они больше не флуоресцируют."
Тестирование в лаборатории Марти показало, что GQD устойчивы к отбеливанию. После нескольких часов возбуждения, по словам Марти, фотолюминесцентный отклик GQD, полученных из угля, практически не изменился.

Это может сделать их пригодными для использования в живых организмах. "Поскольку они настолько стабильны, они теоретически могут сделать визуализацию более эффективной", – сказал он.
По словам Марти, небольшое изменение размера квантовой точки – всего лишь доли нанометра – изменяет длину ее флуоресцентных волн на измеримый фактор, и это подтвердилось для GQD, полученного из угля.

Низкая стоимость также будет ничьей, по словам Тура. "Графит стоит 2000 долларов за тонну, как лучший из имеющихся в США.K.," он сказал. «Более дешевый графит – 800 долларов за тонну из Китая. А уголь стоит от 10 до 60 долларов за тонну.

«Уголь – самый дешевый материал, который вы можете получить для производства GQD, и мы обнаружили, что можем получить 20-процентный выход. Итак, это открытие действительно может изменить индустрию квантовых точек. Это покажет миру, что внутри угля есть очень интересные структуры, которые имеют реальную ценность."

Соавторами работы являются аспиранты Рюцюань Йе, Чаншенг Сян, Чживэй Пэн, Кевей Хуанг, Чжэн Ян, Натан Кук, Эррол Самуэль, Чи-Чау Хванг, Геденг Руан, Габриэль Чериотти и Абдул-Рахман Раджи, а также научный сотрудник постдокторантуры Цзянь. Лин, весь рис.

Марти – доцент кафедры химии и биоинженерии. Тур – Т.Т. и W.F. Кафедра химии Чао, а также профессор машиностроения, материаловедения и информатики.

Управление научных исследований ВВС и Управление военно-морских исследований финансировали работу в рамках своих междисциплинарных университетских исследовательских инициатив.
Посмотрите видео о графеновых квантовых точках из угля на http: // youtu.be / X6rHW7RxcZQ

Блог автомобилиста