石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)概述

石墨烯量子點(diǎn)是指石墨烯片層尺寸在100nm以內(nèi) ，片層層數(shù)在10層以下的一種新興碳質(zhì)熒光材料。通常來講，石墨烯量子點(diǎn)包含了石墨烯量子點(diǎn)、氧化石墨烯量子點(diǎn)、部分還原的氧化石墨烯量子點(diǎn)的一大類結(jié)構(gòu)類似性能相同的碳質(zhì)熒光材料及其衍生物的總稱。

石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）的實(shí)際應(yīng)用

石墨烯量子點(diǎn)在生物、醫(yī)藥、新型半導(dǎo)體器件等范疇具備重要潛在應(yīng)用。能實(shí)現(xiàn)單分子傳感器，也可能催生超小型晶體管或是使用半導(dǎo)體激光器所進(jìn)行的芯片上通訊用來制作化學(xué)傳感器、太陽能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級電路等等。

GQDs在LED中的應(yīng)用

(a)以GQDs為電致發(fā)光磷光劑的LED的物理和能帶結(jié)構(gòu);(b)使用原始GQD作為發(fā)射藍(lán)光的磷光劑的LED的結(jié)構(gòu);(c-d)以GQDs為光發(fā)射器的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的物理和電子結(jié)構(gòu)和偏壓13V的電致發(fā)光光譜;(e)GQDs作為LED的顏色轉(zhuǎn)換劑。

GQDs在光電探測器中的應(yīng)用

a)基于GQD敏化Si納米線的光檢測器;(b)使用大帶隙GQDs的深紫外光檢測器;(c)GQD/ZnO異質(zhì)結(jié)作為可見光-紫外檢測器;(d)使用發(fā)紅光的GQD/石墨烯/BN納米片作為光檢測器，實(shí)現(xiàn)從紫外到近紅外的寬范圍的光電檢測。

GQDs在催化中的應(yīng)用

a)具有分子內(nèi)Z-scheme結(jié)構(gòu)的GQD作為光催化劑;(b)N-GQDs催化析氫反應(yīng);(c)用于催化CO2減排N-GQD/Vo-NaTaON;(d)用于催化NO氧化的GQD/N-Bi2O2CO3異質(zhì)結(jié);(e)用于光催化降解污染物的GQD/C3N4異質(zhì)結(jié);(f)基于GQD的NiCo2P2納米催化劑，用于雙功能整體水裂解;(g)GQD-錸配合物具有超低的CO2還原為CO的起始電位。

GQDs在生物治療中的應(yīng)用

(a)使用FA功能化的IR780/GQD光熱療法殺死癌細(xì)胞并根除小鼠腫瘤;

(b)使用光敏劑(Ce6)功能化GQD的光動(dòng)力療法。

石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)較其它量子點(diǎn)的優(yōu)勢

“ 量子點(diǎn) ”是電視和太陽能電池制造商在過去幾年中一直吹噓的東西。這些微小的半導(dǎo)體晶體通常由硒化鎘等金屬制成，并且擅長吸收不可見光并將其作為特定波長的可見光發(fā)光。量子點(diǎn)基本上是一種微型光盤，可以吸收紫外光，在可見光光譜中釋放它，我們可以根據(jù)點(diǎn)的大小改變可見光譜中的顏色。

量子的作用雖然非常大，但量子點(diǎn)的生產(chǎn)是一個(gè)困難且耗能高的過程，由于存在鎘，其中一些非常有毒。像三星這樣的公司已經(jīng)開始在他們的產(chǎn)品中使用更安全的替代產(chǎn)品，但其他幾個(gè)問題仍然阻礙了它們的全部潛力 - 其中許多問題可以通過石墨烯替代來解決。

石墨烯量子點(diǎn)具有金屬量子點(diǎn)所不具備的其他屬性，如導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，它比鋼強(qiáng)200倍。由于石墨烯只是碳，所以GQDs的毒性非常低，“量子產(chǎn)率” - 即消耗的能量與產(chǎn)生的點(diǎn)的比率 - 要高得多。

石墨烯也更容易獲得藍(lán)調(diào)。在顯示器中，金屬量子點(diǎn)不能很好地復(fù)制藍(lán)色，因?yàn)橹挥写蠹s兩納米寬的最小點(diǎn)會發(fā)藍(lán)光，使得它們制造起來非常棘手。

它們之所以成為問題的原因是因?yàn)樗麄兲。w結(jié)構(gòu)不夠大，無法為他們提供足夠大的量子產(chǎn)量。藍(lán)色金屬量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率約為4-6%，因此它們不使用藍(lán)色量子點(diǎn)，它們使用藍(lán)色LED背光源。

所有這些優(yōu)點(diǎn)使得石墨烯量子點(diǎn)比它們的金屬表親更具吸引力，并且它們一般可以打開量子點(diǎn)的應(yīng)用范圍。除顯示器之外，這些熒光斑點(diǎn)可能出現(xiàn)在顏料和染料，化妝品，防偽技術(shù)，電池，太陽能電池，傳感器，燈光，激光，水或紫外線監(jiān)測系統(tǒng)以及生物成像技術(shù)中。

石墨烯量子點(diǎn)可用于光學(xué)增白劑，特別是在現(xiàn)有的洗衣粉中作添加劑。石墨烯量子點(diǎn)是洗滌劑中廣泛使用的熒光團(tuán)更有效和更清潔的替代品。

石墨烯量子點(diǎn)制造的潛在瓶頸

石墨烯量子點(diǎn)的制備主要分為擴(kuò)大法和縮小法(也稱“自下而上”和“自上而下”法)

表1石墨烯量子點(diǎn)制備技術(shù)對比情況

石墨烯量子點(diǎn)縮小法制備技術(shù)具備原料易得、生產(chǎn)工藝簡單、適于規(guī)?；苽涞葍?yōu)點(diǎn)，但存在控制難、產(chǎn)率低、產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)的等缺點(diǎn);擴(kuò)大法制備過程可控性強(qiáng)，但相對操作繁瑣，且產(chǎn)品提純困難等不足

發(fā)展與機(jī)遇

我公司的量子點(diǎn)項(xiàng)目發(fā)展背景

量子點(diǎn)項(xiàng)目開展于2017年9月，由江蘇華達(dá)集團(tuán)公司的技術(shù)團(tuán)隊(duì)對國外先進(jìn)量子點(diǎn)技術(shù)公司和市場進(jìn)行考察并于相應(yīng)的國外技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作引進(jìn)，共同致力開發(fā)可工業(yè)化大生產(chǎn)工藝。在雙方技術(shù)團(tuán)隊(duì)的合作推進(jìn)下，該項(xiàng)目于2018年5月獲得階段性成功，同月為此成立了常州華達(dá)納米材料科技有限公司。截止2021年1月，以穩(wěn)定供給合格樣品為目標(biāo)，我公司現(xiàn)在已經(jīng)完全開發(fā)出了穩(wěn)定的兩種量子點(diǎn)(GQD,RQD)的實(shí)驗(yàn)工藝路線。從設(shè)備，配方，工藝等方面的適應(yīng)性優(yōu)化調(diào)整，基本確定了國內(nèi)穩(wěn)定的原料供貨渠道。

項(xiàng)目的成績優(yōu)勢

目前國內(nèi)外大部分公司石墨烯量子點(diǎn)合成工藝，目前有報(bào)道主要是有自上而下(縮小法)和自下而上(擴(kuò)大法)兩種方法?？s小法制備技術(shù)具備原料易得、生產(chǎn)工藝簡單、適于規(guī)模化制備等優(yōu)點(diǎn)，但存在控制難、產(chǎn)率低、產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)的等缺點(diǎn);擴(kuò)大法制備過程可控性強(qiáng)，但相對操作繁瑣，且產(chǎn)品提純困難等不足。所以相較于此，我們目前的成果顯得較為有優(yōu)勢：

1 、我公司石墨烯量子點(diǎn)的主要生產(chǎn)工藝使用獨(dú)有的原料和分散劑，在高特定的條件下進(jìn)行鏈重排，裂解反應(yīng)，生成石墨烯量子點(diǎn)。其原料均為工業(yè)化原料，相對便宜易得，且貨源穩(wěn)定，同時(shí)已與部分原料供貨方達(dá)成共同開發(fā)更高品質(zhì)原料的協(xié)議。

2 、特殊反應(yīng)工藝的成功直接解決了因機(jī)理所限制而導(dǎo)致無法放大的問題，提高了單位時(shí)間的產(chǎn)量，且所產(chǎn)生的廢液遠(yuǎn)低于其它公司的生產(chǎn)工藝。

3、 反應(yīng)近500℃的工況，各物料混合時(shí)間的精準(zhǔn)控制，其它工藝生產(chǎn)很容易出錯(cuò)，導(dǎo)致重復(fù)性差。我們目前化反應(yīng)基本有效的降低了以上風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性強(qiáng)。

4 、我公司獨(dú)特工藝下的石墨烯量子點(diǎn)產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，且質(zhì)量較高于目前歐美市場上的量子點(diǎn)產(chǎn)品。

以上的優(yōu)勢形成了一個(gè)我們公司特有的量子點(diǎn)合成工藝和原料配方，形成了獨(dú)有的技術(shù)壁壘。

項(xiàng)目展望

目前公司量子點(diǎn)項(xiàng)目經(jīng)過技術(shù)評估基本已具有大生產(chǎn)化可行性，我公司目前擬投產(chǎn)一條年產(chǎn)石墨烯量子點(diǎn)12kg,量子點(diǎn)材料單價(jià)在200-1000美金/g，和約131.5萬-650萬人民幣/公斤。由于我們的石墨烯量子點(diǎn)品質(zhì)較為高端，綜合比較所以我們的年產(chǎn)值可達(dá)3000-4000萬，利稅在2500萬以上。由于年產(chǎn)固體12公斤，所以整個(gè)工藝所涉及的原料和三廢等量都不大，生產(chǎn)實(shí)占地面積需求小(約80平即可)，由此可操作性較強(qiáng)!

石墨烯量子點(diǎn)合成技術(shù)服務(wù)

目前國內(nèi)外大部分公司石墨烯量子點(diǎn)合成工藝，目前有報(bào)道主要是有自上而下(縮小法)和自下而上(擴(kuò)大法)兩種方法?？s小法制備技術(shù)具備原料易得、生產(chǎn)工藝簡單、適于規(guī)?；苽涞葍?yōu)點(diǎn)，但存在控制難、產(chǎn)率低、產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)的等缺點(diǎn);擴(kuò)大法制備過程可控性強(qiáng)，但相對操作繁瑣，且產(chǎn)品提純困難等不足。所以相較于此，我們目前的成果顯得較為有優(yōu)勢：

1 我公司石墨烯量子點(diǎn)的主要生產(chǎn)工藝是以獨(dú)有的原料和分散劑，在特定的工藝條件進(jìn)行鏈重排，裂解反應(yīng)，生成石墨烯量子點(diǎn)。其原料均為工業(yè)化原料，相對便宜易得，且貨源穩(wěn)定，同時(shí)已與部分原料供貨方達(dá)成共同開發(fā)更高品質(zhì)原料的協(xié)議。

2 特殊反應(yīng)工藝的成功直接解決了因機(jī)理所限制而導(dǎo)致無法放大的問題，提高了單位時(shí)間的產(chǎn)量，且所產(chǎn)生的廢液遠(yuǎn)低于其它公司的生產(chǎn)工藝。

3 反應(yīng)近500℃的工況，各物料混合時(shí)間的精準(zhǔn)控制，其它工藝生產(chǎn)很容易出錯(cuò)，導(dǎo)致重復(fù)性差。我們目前反應(yīng)基本有效的降低了以上風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性強(qiáng)。

我公司獨(dú)特工藝下生產(chǎn)出的石墨烯量子點(diǎn)產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，且質(zhì)量較高于目前歐美市場上的石墨烯量子點(diǎn)產(chǎn)品。

以上的優(yōu)勢形成了一個(gè)我們公司特有的量子點(diǎn)合成工藝和原料配方，形成了獨(dú)有的技術(shù)壁壘。

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