2 拉曼和XPS
图2a给出了碳点石墨烯复合物和还原的氧化石墨的拉曼光谱,两种材料的特征峰都在1590和1350cm-1处,这是G带和D带。D带和G带的强度比ID/IG可以计算出发现,碳点石墨烯的为1.21,这比氧化石墨的1.09要高,这可能是由于碳点表面的缺陷造成的。图2b是两种材料的XPS图谱,在还原的氧化石墨烯中,有284的C1s和532ev的O1s。在引入碳点后,养的含量明显的增加。除了C1s和O1s之外,碳点石墨烯复合物还有N1s峰,大概在400ev处。N/C的原子比为3.75%,接近之前的氮掺杂碳点的报道。N1s的高分辨XPS图谱中在图2c中展示,图中显示了三种氮的结构。此外C1s中除了c-n键之外,还有在286.0、288.1和289.0ev处有C-O,C=O,O-C=O键。大量的含氧功能基团被固定在碳点表面,为了终止边缘的自由键。结果表明,高极性的含氧基团的出现能够让碳点更加在碱性环境中亲水,从而与电解质形成更强的吸引和溶氧。
(2)酸刻蚀方法:
3 Sun D, Ban R, Zhang P H, et al. Hair fiber as a precursor for synthesizing of sulfur-and nitrogen-co-doped carbon dots with tunable luminescence properties[J]. Carbon, 2013, 64: 424-434. (100)
制备方法:
干净的头发0.5g加入浓硫酸100ml。溶液超声30min在40、100、140℃下搅拌24h。产品包括棕色透明悬浮颗粒和黑色沉淀。然后冷却到室温,混合物在
柔和的超声下5min,随后稀释在900ml的去离子水中。用氢氧化钠调节ph为8,在冰水浴的条件下。将悬浮液抽滤,移除大的杂质,产生深黄色溶液。最终产品进一步用500截留分子量的透析袋透析6天,每8个小时换一次水。S-N-CDs从这个过程中得到。
表征: 1 XPS
下图是制备的S-N-CDs的XPS图谱,上面有164ev的硫,和285ev的碳和398.5ev的氮,还有531ev的氧。C1s的高分辨XPS波普有5个峰,分别在284.5、285.3、286、286.5、288.2,代表C–C/C=C, C–S, C–N, C–O (环氧基团) 和 C=O。氮的高分辨xps有两个峰,分别为398.5、399.7ev,这代表着吡啶型氮和吡咯型氮。S2p主要有两个峰164.0和167.6ev,前者分为163.5和164.6两个峰,代表着2p 3/2和2p 1/2,-C-S-,后面的峰分为三个峰,167.6、168.5、169.3ev,这是–C–SOx–(x = 2, 3, 4)引起的。氮是从前驱物中带来的,而硫是从前驱物和硫酸中带来的。
2红外和XRD
S-N-CDs的红外光谱在1038出峰,这归结于–SO 3-1 , C–O–C, 和C–O。1195处出峰是–SO 3-1 , C–O–C, 和C–O的缘由,1396-1496可以被看成是C–N, N–H, 和COO-基团。1638处的峰代表C=O伸缩振动。2343可以归结于C-N和S-H键。小的峰在2928代表着C-H键。此外3246-3495的出现时O-H,N-H的特征峰。下图右边是该碳点的XRD图,有一个宽峰在23.4-24.6°,说明这是无定形碳,这是由于氮、硫、氧的引入导致的。在拉曼光谱中,D带代表着缺陷程度,G带是sp2杂化的碳原子的光能级带。这种低碳晶格结构的只有D带在1386cm-1处,有明显的出现。
3 TEM
透射电镜的图说明这些粒子的尺寸小,并且分布窄。在40、100、140摄氏度下得到的S-N-CDs的尺寸为4-10nm 2-7 nm 和2-5 nm,平均尺寸为7.5、4.2、3.1 nm,然而高分辨率透射电镜图说明,这些碳点没有任何明显的晶格,说明他们的无定型结构,这个结构和XRD的结果相吻合。