石墨烯量子點(GQDs)概述

石墨烯量子點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，石墨烯量子點包含了石墨烯量子點、氧化石墨烯量子點、部分還原的氧化石墨烯量子點的一大類結(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（GQDs）的實際應(yīng)用

石墨烯量子點在生物、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光熱療法殺死癌細胞并根除小鼠腫瘤;

(b)使用光敏劑(Ce6)功能化GQD的光動力療法。

石墨烯量子點(GQDs)較其它量子點的優(yōu)勢

“ 量子點 ”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，但量子點的生產(chǎn)是一個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。

石墨烯量子點具有金屬量子點所不具備的其他屬性，如導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，它比鋼強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)生的點的比率 - 要高得多。

石墨烯也更容易獲得藍調(diào)。在顯示器中，金屬量子點不能很好地復(fù)制藍色，因為只有大約兩納米寬的最小點會發(fā)藍光，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為他們太小，晶體結(jié)構(gòu)不夠大，無法為他們提供足夠大的量子產(chǎn)量。藍色金屬量子點的量子產(chǎn)率約為4-6%，因此它們不使用藍色量子點，它們使用藍色LED背光源。

所有這些優(yōu)點使得石墨烯量子點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的應(yīng)用范圍。除顯示器之外，這些熒光斑點可能出現(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。石墨烯量子點是洗滌劑中廣泛使用的熒光團更有效和更清潔的替代品。

石墨烯量子點制造的潛在瓶頸

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

表1石墨烯量子點制備技術(shù)對比情況

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

發(fā)展與機遇

我公司的量子點項目發(fā)展背景

量子點項目開展于2017年9月，由江蘇華達集團公司的技術(shù)團隊對國外先進量子點技術(shù)公司和市場進行考察并于相應(yīng)的國外技術(shù)團隊合作引進，共同致力開發(fā)可工業(yè)化大生產(chǎn)工藝。在雙方技術(shù)團隊的合作推進下，該項目于2018年5月獲得階段性成功，同月為此成立了常州華達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，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(GQD,RQD)的實驗工藝路線。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。

項目的成績優(yōu)勢

目前國內(nèi)外大部分公司石墨烯量子點合成工藝，目前有報道主要是有自上而下(縮小法)和自下而上(擴大法)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，但存在控制難、產(chǎn)率低、產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)的等缺點;擴大法制備過程可控性強，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的主要生產(chǎn)工藝使用獨有的原料和分散劑，在高特定的條件下進行鏈重排，裂解反應(yīng)，生成石墨烯量子點。其原料均為工業(yè)化原料，相對便宜易得，且貨源穩(wěn)定，同時已與部分原料供貨方達成共同開發(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理所限制而導(dǎo)致無法放大的問題，提高了單位時間的產(chǎn)量，且所產(chǎn)生的廢液遠低于其它公司的生產(chǎn)工藝。

3、 反應(yīng)近500℃的工況，各物料混合時間的精準控制，其它工藝生產(chǎn)很容易出錯，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，穩(wěn)定性強。

4 、我公司獨特工藝下的石墨烯量子點產(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產(chǎn)品。

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

項目展望

目前公司量子點項目經(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12kg,量子點材料單價在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品質(zhì)較為高端，綜合比較所以我們的年產(chǎn)值可達3000-4000萬，利稅在2500萬以上。由于年產(chǎn)固體12公斤，所以整個工藝所涉及的原料和三廢等量都不大，生產(chǎn)實占地面積需求小(約80平即可)，由此可操作性較強!

石墨烯量子點合成技術(shù)服務(wù)

目前國內(nèi)外大部分公司石墨烯量子點合成工藝，目前有報道主要是有自上而下(縮小法)和自下而上(擴大法)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，但存在控制難、產(chǎn)率低、產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)的等缺點;擴大法制備過程可控性強，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的主要生產(chǎn)工藝是以獨有的原料和分散劑，在特定的工藝條件進行鏈重排，裂解反應(yīng)，生成石墨烯量子點。其原料均為工業(yè)化原料，相對便宜易得，且貨源穩(wěn)定，同時已與部分原料供貨方達成共同開發(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理所限制而導(dǎo)致無法放大的問題，提高了單位時間的產(chǎn)量，且所產(chǎn)生的廢液遠低于其它公司的生產(chǎn)工藝。

3 反應(yīng)近500℃的工況，各物料混合時間的精準控制，其它工藝生產(chǎn)很容易出錯，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，穩(wěn)定性強。

我公司獨特工藝下生產(chǎn)出的石墨烯量子點產(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產(chǎn)品。

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

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