Уже несколько лет не спадает интерес к графену, который волей - неволей оказывается связан с обилием различных потенциальных применений этого материала благодаря его потрясающим электрическим, термическим и механическим свойствам. Ни для кого не секрет, что происхождение многих из этих свойств связано с размерными эффектами, а превращение графеновых листов в наноленты, то есть ограничение по еще одному размеру, приводят не только к возникновению новых эффектов, но и к простоте их потенциального использования в наноустройствах: как-никак, графеновые листы микронного размера довольно велики. Но существующие сегодня методы разрезания графеновых листов неэффективны и требуют замены.
Попытки решении этих проблем привели к неожиданным результатам: ученые предложили не ограничивать свой интерес нанолентами, а ввести и третье "ограничение" по размеру (точнее, по размерности): получить "графеновые квантовые точки" (то есть небольшие кусочки графеновый слоев). Но пока одни изучают их электронные свойства, другие заняты разработкой простых методов их получения, а заодно и оптическими свойствами.
Предложенный простой метод основан на гидротермальном подходе. Графеновые листы (точнее, их какую - никакую пачку), полученные восстановлением листов оксида графена, снова окисляли концентрированными азотной и серной кислотами, при этом межплоскостное расстояние с 3.64 А (по сравнению с 3.34 А в графите) возрастало до 3.85 А. Инфракрасная спектроскопия продемонстрировала возникновение С=О/СООН, ОН и С-О-С-групп, что сделало листы растворимыми в воде.
При гидротермальной обработке при 200 градусах по Цельсию происходили заметные изменения: во-первых, межплоскостное расстояние снова уменьшалось до 3.43 А, что говорит о восстановлении. Это подтверждают и данные XPS, XRD и КР спектроскопии. Во-вторых, существенно изменялся размер частиц: в процессе обработки листы графена разрывались по окисленным (эпоксидным) цепям (Рис. 3 а, схема процесса), что приводило к образованию квантовых точек размером 5-13 нм. Их толщина составляла 1-3 слоя (более 85% частиц).
И самое удивительное: в спектре поглощения кроме типичного пика при 230 нм, соответствующего п-п* переходу, появился дополнительный пик при 320 нм. При возбуждении же частиц УФ светом они и вовсе начали люминесцировать.
Люминесцентные свойства и дали ответ о природе графеновых квантовых точек. Так, максимум люминесценции при смещении длины волны возбуждения с 320 до 420 нм смещается с 430 нм до 500 нм, а при изменении рН заметно меняется интенсивность люминесценции. Кроме того, в спектре возбуждения наблюдается два сигнала: 320 нм, отвечающий соответствующему поглощению, и 257 нм, который, по-видимому, не виден на спектре поглощения, поскольку скрывается за интенсивным поглощением при 230 нм. Таким образом, люминесценция не связана с обычно наблюдаемым п-п* переходом, а с каким-то новым, а именно он возникает из-за появления зигзагообразной границы и сопутствующими эффектами.
Открытие люминесценции графеновых квантовых точек еще больше расширяет возможность использования этого материала: это биологические метки и - а почему бы и нет? - оптоэлектроника. Потенциально...
