近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員王輝與林文楚合作，在基于有機(jī)溶劑合成石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）領(lǐng)域取得新進(jìn)展：研究發(fā)展具有特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)溶劑（雙鍵、苯環(huán)或多極性基團(tuán)）可直接碳化并形成GQDs，相關(guān)結(jié)果以Direct carbonization of organic solvent toward graphene quantum dots 為題發(fā)表于國(guó)際期刊《納米尺度》（Nanoscale）。

直接碳化有機(jī)溶劑形成GQDs的機(jī)理示意圖

近年來(lái)，因具有材料穩(wěn)定性、生物相容性、熒光可調(diào)性以及易被腎臟清除等特點(diǎn)，GQDs在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。由于合成過(guò)程的易操作性、前驅(qū)體種類(lèi)的多選擇性及理化性質(zhì)的原位調(diào)控能力，有機(jī)分子的溶劑熱分解是“自下而上”制備GQDs的主要手段之一。在常規(guī)理解中，有機(jī)溶劑在反應(yīng)體系中起到分散前驅(qū)體及提供反應(yīng)溶液體系的作用。然而，有機(jī)溶劑本身也是一種小分子，其在 GQDs 合成過(guò)程中是否分解還尚未可知。

研究人員在不加催化劑以及其他有機(jī)前驅(qū)體的情況下，利用常見(jiàn)有機(jī)溶劑為單一前驅(qū)體，系統(tǒng)研究了高溫密閉條件對(duì)于有機(jī)溶劑穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：具有特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)溶劑（雙鍵、苯環(huán)或多極性基團(tuán)）在高溫溶劑熱條件下可直接碳化并形成GQDs。此外，通過(guò)調(diào)整有機(jī)溶劑的種類(lèi)，可以在分子水平上輕松地調(diào)控GQDs的表面基團(tuán)、原位摻雜和光學(xué)性質(zhì)。該研究結(jié)果為進(jìn)一步理解溶劑熱法合成納米材料的可能形成機(jī)制提供了新思路。

研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、合肥研究院?jiǎn)?dòng)基金、合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新培育基金、中科院光伏材料與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)代生物制造安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的資助。