Кроме того, CQD различных нанометровых размеров могут быть приготовлены исключительно из антрацита в концентрациях H2SO4 и HNO3, а контроль размеров CQD был достигнут путем перекрестной ультрафильтрации, контролируя температуру реакции процесса окисления или сопрягая нетронутые CQD с полиароматическими кольцами.
Другим подходом к сужению полосы является формирование внутримолекулярной структуры Z-схем путем функционализации нетронутых CQD с электронно-донорными химическими группами. Достигнут значительный прогресс, но предстоит решить гораздо больше проблем, прежде чем из угля можно будет реально получать CQD с различными полосовыми разрывами в крупных масштабах, таких как длинные производственные фазы, критические условия синтеза или дорогостоящие реагенты. Поэтому простой, быстрый и легкий метод синтеза все еще является весьма желательным.
Здесь мы сообщаем о двухступенчатом, легком и быстром методе изготовления CQD с варьирующими диапазонами исключительно из антрацита. На первом этапе, который называется предварительной стадией окисления, антрацит был окислен ферратом калия K2FeVIO4 в качестве окислителя в среде H2SO4 для получения окисленного угля. sp3-гибридизированные атомы углерода могут быть селективно окислены, а после обработки K2FeO4/H2SO4 получены обильные кислородосодержащие группы.
Это может существенно улучшить химическую реакционную активность и мокрую способность антрацита. На втором этапе, CQD с варьирующими ленточными зазорами можно быстро изготовить из окислительного угля, используя H2O2 в качестве окислителя, просто контролируя концентрацию H2O2.
Эксперимент
Материалы
Антрацит, собранный из Тайси (провинция Внутренняя Монголия, Китай) без предварительной обработки, был измельчен и измельчен в порошок (около 200 мешков). H2O2 (30 % массы) и H2SO4 (98 %) были приобретены у компании в Китае. K2FeO4 (Китай). Полиэфирсульфонные фильтровальные мембраны (0,22 мкм) (Китай). Все реагенты использовались в том виде, в каком они были получены, если не указано иное. Для всех экспериментов использовалась деионизированная вода.
Предварительное окисление антрацита
Два грамма антрацита и 100 мл концентрированного H2SO4 были смешаны в 250 мл колбы. Затем в небольших дозах медленно добавляли 2,5 г феррата калия, чтобы избежать перегрева. Реакционную смесь выдерживали при 40°C в течение 1 часа под магнитной мешалкой. После завершения реакции смесь центрифугировали для рециркуляции концентрированного H2SO4. Осадок заливали в 100 мл воды и выдерживали в течение 30 минут. Окисленный уголь получался путем многократной центрифугирования и промывки водой до тех пор, пока рН супернатанта не приблизился к 7.
Синтез CQD
Один грамм окисленного угля смешивали с 50 мл раствора H2O2, затем полученную смесь перемешивали и в течение 1 часа реагировали при 100°C. Затем нереагировавший уголь удаляли путем центрифугирования при 8000 об/мин в течение 5 мин. Затем супернатант был отфильтрован через мембрану фильтра 0,22 мкм для удаления более крупных фрагментов, и фильтрат был наклеен на диализный мешок. После очистки фильтрат высушивали в замороженном состоянии для получения твердого CQD. Для регулировки полосовых зазоров CQD изменяли только концентрацию H2O2 с 30 до 10%, остальные экспериментальные условия оставались неизменными.
Характеристика
Изображения, полученные с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ), проводились прибором Tecnai G2 F20 (FEI, США), работающим при напряжении 200 кВ. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) выполнялся на полево-эмиссионной системе СЭМ Quanta FEG 250 (FEI, США). Спектры флуоресценции измерялись спектрофотометром Кэри Эклипса (Varian, США).
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) измерялась на фотоэлектронном спектрометре ESCALAB250 Xi (Thermo Fisher Scientific, США). ИК-Фурье-спектроскопия (ИК-Фурье) и ультрафиолетовая (УФ-Вид) спектроскопия поглощения получены на ИК-Фурье спектрометре VERTEX 70 (г. Брюкер, Германия) и спектрометре Pgeneral TU-1810 (г. Пгенерал, Китай), соответственно. Рамановские спектры регистрировались с помощью микроскопического конфокального рамановского спектрометра (Великобритания) с аргоновым ионным лазером (λ = 514 нм) при температуре окружающей среды. Рентгеновская дифракция (XRD) всех образцов регистрировалась на спектрометре Bruker D8 Advance (Bruker, Германия) с источником рентгеновского излучения Cu Kα (λ = 0,15418 нм), а углы рассеяния (2θ) варьировались в диапазоне от 10° до 80°.
Продолжение следует...