摘 要

石墨烯量子点是一种石墨烯衍生的小颗粒纳米材料，具有特殊的电子结构、原子层厚度和量子点尺寸效应；ZnSe半导体材料是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料中的一种，在可见光范围内，有着优异的光电子生成和转化活性。本文通过一步水热合成的方法制备得到石墨烯量子点-硒化锌复合材料，利用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、原子力显微镜等手段对复合材料进行基础的表征，再通过电化学阻抗谱、瞬时光电流测试、光致发光等测试方法对其光电性能进行研究。研究结果表明：纳米尺寸的 GQDs在其纳米尺寸范围内仍然保持了良好的石墨烯结构；石墨烯量子点-硒化锌复合材料含有石墨烯量子点和硒化锌部分结构，二者复合成功。同时石墨烯量子点-硒化锌复合材料在继承石墨烯量子点和硒化锌优异的光电性能的基础上，其光生电子的传导能力和电荷传导效率得到了明显的提高，对拓展石墨烯量子点和硒化锌的应用范围提供了参考。

关键词:石墨烯量子点；硒化锌；复合材料；光电性能

Abstract

Graphene quantum dots are graphene-derived small particles’ nanomaterials with special electronic structure, atomic layer thickness and quantum dot size effect; ZnSe semiconductor material is one of the group II-VI wide band gap semiconductor materials. In the visible light range, it has excellent photoelectron generation and conversion activity. In this paper, a graphene quantum dot-zinc selenide composite material was prepared by a one-step hydrothermal synthesis method. The composite material was characterized by X-ray diffraction, ultraviolet-visible absorption spectroscopy, atomic force microscopy and other methods, and then by electrochemical impedance spectroscopy , Instantaneous photocurrent test, photoluminescence and other test methods to study its photoelectric performance. The research results show that the nano-sized GQDs still maintain a good graphene structure in the nano-sized range; the graphene quantum dot-zinc selenide composite material contains graphene quantum dots and a zinc selenide partial structure, and the two are successfully compounded. At the same time, on the basis of inheriting the excellent photoelectric properties of graphene quantum dots and zinc selenide, the graphene quantum dot-zinc selenide composite material has significantly improved the conductivity of photogenerated electrons and the efficiency of charge conduction. Provide a reference for expanding the application range of graphene quantum dots and zinc selenide.

Key Words：graphene quantum dots; ZnSe; composite material; photoelectric properties

目录

第1章 绪论 5

1.1 鳞片石墨 5

1.1.1 鳞片石墨的简介 5

1.1.2 鳞片石墨的研究利用现状 5

1.2 石墨烯 6

1.2.1 石墨烯的简介 6

1.2.2 石墨烯的制备及研究现状 7

1.3 石墨烯量子点 8

1.3.1 石墨烯量子点的简介 8

1.3.2 石墨烯量子点的制备方法 9

1.3.3 石墨烯量子点的应用研究现状 10

1.4 石墨烯量子点-硒化锌复合材料 11

1.4.1 硒化锌的简介 11

1.4.2 硒化锌的制备方法 11

1.4.3 硒化锌的研究利用现状 12

1.4.4 石墨烯量子点-硒化锌复合材料的研究现状 12

第2章 实验方案及实验方法 13

2.1 实验方案 13

2.2 测试方法 14

2.2.1 X射线衍射分析（XRD） 14

2.2.2 紫外-可见吸收光谱（UV） 14

2.2.3 原子力显微镜（AFM） 15

2.2.4 傅里叶变换红外光谱（FTIR） 15

2.2.5 透射电子显微镜（TEM） 16

2.2.6 瞬时光电流测试（IT） 16

2.2.7 光致发光（PL） 17

2.2.8 电化学阻抗谱（EIS） 17

第3章 石墨烯了量子点的制备与表征 18

3.1 引言 18

3.2 实验部分 18

3.2.1 实验试剂及仪器 18

3.2.2 石墨烯量子点的制备 19

3.3 测试与表征 20

3.3.1 X射线衍射分析（XRD） 20

3.3.2 原子力显微镜(AFM) 21

3.3.3 光致发光（PL） 21

3.3.4 循环伏安测试（CV） 22

3.3.5 电化学阻抗谱(EIS) 22

3.4 本章小结 23

第4章 石墨烯量子点-硒化锌复合材料的制备及性能研究 24

4.1 引言 24

4.2 实验部分 24

4.2.1 实验试剂及仪器 24

4.2.2 GQDs-ZnSe复合材料的制备 25

4.3 测试与表征 26

4.3.1 傅里叶红外光谱（FTIR） 26

4.3.2 透射电子显微镜（TEM） 27

4.3.3 紫外-可见吸收光谱（UV） 27

4.3.4 瞬时光电流测试（IT） 28

4.3.5 电化学阻抗谱(EIS) 29

4.4 本章小结 29

第5章 结论 30

致谢 31

参考文献 31

第1章 绪论

鳞片石墨

鳞片石墨的简介

石墨是一种碳质片层非金属矿物，由于其晶体形貌的不同，自然状态的石墨可分为以下三种形态的石墨：晶体结合致密的块状石墨；隐晶质的土状石墨,最后一种是鳞片状石墨。^[1]

鳞片石墨大多为天然的显晶质石墨,片层状结构，属于六方晶系。鳞片石墨粒度直径一般小于1.5微米,片层厚度在0.02-0.05毫米左右 ,石墨含碳量一般百分比占比2-5。鳞片石墨主要在耐高温、导电导热、润滑性等物理、化学和机械性能方面有着突出表现，因此广泛应用到了航空航天、国防科技、信息技术、冶金等行业。鳞片石墨根据鳞片大小分为大鳞片细鳞片石墨，其含碳量越高时，鳞片粒径就越大，市场价格和工业利用价值也就越高。^[2-3]

我国鳞片石墨矿产资源丰富，广泛分布于各省各地方，已知在山东、黑龙江、内蒙古等地都有大型生产基地，还有近年来在在其他的地方也发现了储量不错的石墨矿，如内蒙阿拉善、四川攀枝花和湖北宜昌等地。据统计2005年的储量为16452万t， 2014年的储量为22327万t，综上数据来看，目前我国鳞片石墨可用资源保持稳定状态。^[4]

鳞片石墨的研究利用现状

作为我国重要的战略性矿产资源的石墨，因为优异的理化性能被广泛应用于钢铁生产、金属冶炼、航空航天和信息技术等行业。最近几年，我国晶质石墨年年生产量保持在60万ｔ左右，在钢铁行业去产能的背景下，传统冶炼过程中石墨产品用量的比重逐年下降，新型清洁能源和新型材料等新兴领域的产品用量比重在不断增加。^[5]因此鳞片石墨的需求在未来会有很大的增长趋势。