水热法石墨烯量子点的制备及其表征(3)
族 量子点
Ⅱ~Ⅵ
Ⅲ~Ⅴ
MgS,MgSe,MgTe,CaS,CaSe,CaTe,SrS,
SrSe,SrTe,BaS,BaSe,BaTe,ZnS,ZnSe,
ZnTe,CdS,CdSe,CdTe,HgS,HgSe
GaAs,InGaAs,InP,InAs
1.2.1 量子点的性质
量子点是1 ~ 10 nm的微晶，可以通过控制反应时间、温度、配体来精确控制量子点的尺寸和形状。当量子点尺寸小于它的波尔半径时，量子点的连续能及开始分裂，能级最终由量子点的尺寸决定。随着尺寸变小，能级能隙增加，导致荧光发射波长蓝移[27]。
与传统的有机荧光染料相比，量子点具有以下特点[28]：
（1）具有宽的激发波长范围及窄的发射波长范围；
（2）量子点的发射峰窄而对称，重叠小；
（3）量子点的发射波长可通过控制它的大小和组成来调谐；
（4）量子点的荧光强度及稳定性是普通荧光染料的100倍左右；
（5）生物相容性好。
1.2.2 量子点的制备
近四十年来，量子点的制备从有机相到水相，从低荧光量子产率到高荧光量子产率，从短荧光寿命到长荧光寿命，量子点的制备技术在不断发展。目前，量子点的制备主要有两种途径，即有机相制备和水相制备。
（1） 有机相制备
在有机相中制备量子点主要采用有机金属法。其具体过程是将有机金属前驱体溶液注进250 ~ 300℃的配体溶液中，前驱体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为量子点。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。
（2） 水相制备
水相制备包括普通法制备、水热法制备、辅助微波法制备。
a. 普通法制备多选用Zn2+、Cd2+或Hg2+作阳离子前驱体，Se2-或Te2-作阴离子前驱体，多官能团疏基小分子作保护剂，通过加热回流前驱体混合溶液使量子点逐渐成核并生长。
b. 水热法是指在特制的密闭反应器（如高压反应釜）中，通过将水加热到超临界温度或接近超临界温度（此时，反应器内将产生高压）而制备量子点的一种方法[29]。
c. 辅助微波法是利用微波辐射从分子内部加热，避免了普通水浴或油浴局部过热以及量子点生长速度缓慢等问题。
有机相中制备的量子点具有较高的荧光量子产率、较窄的荧光半峰宽、较好的单分散性和稳定性；但存在试剂毒性强、实验成本高、操作安全性低等诸多缺点。水相制备量子点具有试剂无毒、廉价、操作简单、环境友好、并有高度的重现性。同时，水相制备的量子点具有优越的生物相容性，可以直接应用于生物体系。
最近几年人们采用最新发现的石墨烯材料成功地制备出了量子点[30-33]。这一开创性的工作正是出自于 2010 年诺贝尔物理学奖得主——英国曼彻斯特大学教授安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫。从此，科研工作者不断的进行实验，探索制备石墨烯量子点的新方法。
1.3 石墨烯量子点
当石墨烯片具有有限的面积时，便形成了零文的石墨烯量子点，这种量子点可以具有不同的几何形状。较引人关注的是具有矩形、三角形和吹冰边形等形状的量子点[34-38]，这几种量子点的边界可以完全是锯齿型或扶手椅型。对于某些特殊形状，量子点内电子的总自旋不为零，预示着这类材料同样具有重要的潜在应用，如用作自旋存储器纳米晶体管等[38-42]。进一步研究还发现，石墨烯量子点的电子结构和磁性受到许多因素的共同影响，如量子点的尺寸形状以及边界碳原子的形貌等，特别是磁性性质，迄今仍停留在理论计算阶段，而且缺乏合理的理论解释[37,42,43]。
1.3.1 石墨烯量子点制备的意义