摘 要

石墨烯量子点(GQDs)是一种具有较大比表面积的纳米材料，在电子传输和接受电子的方面具有良好的性能，因此在光电化学方面应用前景广阔。利用GQDs与氧化钨形成复合材料，使材料具有良好的复合结构，有利于电子的传输和离子的扩散，W₁₈O₄₉是具有氧空位的非化学计量特征的钨氧化物。本课题以鳞片石墨、WCl₆、异丙醇为原料，制备W₁₈O₄₉/GQDs复合材料，并通过多种现代测试手段对复合材料进行表征与测试，研究该复合材料的性能，分析该复合材料性能改良的原理。

测试结果表明，相比纯W₁₈O₄₉，该复合材料在633纳米光激发下对亚甲蓝的拉曼信号有着显著的增强作用。其原理可能是GQDs丰富了衬底表面状态，加强半导体和分析物界面的电荷转移，提高了W₁₈O₄₉/GQDs复合材料衬底上的表面增强拉曼光谱的灵敏度，同时由于量子阱的避雷针效应，表面产生了强的电磁场增强了拉曼信号。

关键词：氧化石墨、GQDs、W₁₈O₄₉、复合材料、光电性能、拉曼信号

Abstract

Graphene quantum dots (GQDs) is a kind of nano material with large specific surface area, which has good performance in electron transport and electron reception, so it has a broad application prospect in photoelectrochemistry. Using gqds and tungsten oxide to form composite materials, the materials have good composite structure, which is conducive to electron transport and ion diffusion.W₁₈O₄₉ is a non stoichiometric tungsten oxide with oxygen vacancy. In this paper, W₁₈O₄₉/GQDs composite was prepared by using flake graphite, WCl₆ and isopropanol as raw materials, and the composite was characterized and tested by various modern testing methods to study the performance of the composite and analyze the principle of performance improvement of the composite.

The results show that compared with the pure W₁₈O₄₉, the composite has a significant enhancement effect on the Raman signal of methylene blue under 633 nm excitation. The principle may be that gqds enriches the substrate surface state, strengthens the charge transfer between semiconductor and analyte interface, and improves the sensitivity of surface enhanced Raman spectrum on W₁₈O₄₉/GQDs composite substrate. At the same time, due to the lightning rod effect of quantum well, the surface produces strong electromagnetic field to enhance Raman signal.

Key words：graphite oxide，GQDs，W₁₈O₄₉，compound material， opto-electronic property，Raman signal

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1石墨烯量子点简述 1

1.1.1石墨烯量子点概述 1

1.1.2石墨烯量子点结构与性质 1

1.1.3石墨烯量子点的性能与应用 2

1.1.4石墨烯量子点的常用制备方法 3

1.2W₁₈O₄₉简述 3

1.2.1W₁₈O₄₉研究现状 3

1.2.2W₁₈O₄₉性质 4

1.2.3W₁₈O₄₉的应用 4

1.2.4常用的半导体/石墨烯纳米复合材料的制备方法 5

1.3石墨烯量子点复合材料概述 6

1.3.1GQDs与氧化物复合材料的研究现状 6

1.4本实验研究的意义 6

第二章 试验方案及表征方法 7

2.1试验方案与技术路线 7

2.2表征测试手段 8

2.2.1X射线衍射仪（XRD） 8

2.2.2透射电子显微镜（TEM） 8

2.2.3傅里叶变换红外光谱（FTIR） 8

2.2.4Zeta电位 8

2.2.5表面增强拉曼光谱（SERS） 9

2.2.6原子力显微镜（AFM） 9

2.2.7X射线光电子能谱（XPS） 9

第三章 W₁₈O₄₉/GQDs复合材料的制备和表征 10

3.1实验部分 10

3.1.1实验材料 10

3.1.2实验仪器 10

3.1.3实验过程 11

3.2表征与测试 14

3.3结果与分析 14

3.3.1原子力显微镜（AFM）测试 14

3.3.2X射线光电子能谱分析（XPS） 14

3.3.3X射线衍射（XRD）表征 15

3.3.4透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）表征 16

3.3.5傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试 18

3.3.6Zeta电位测试 19

3.3.7表面增强拉曼光谱（SERS）测试 20

3.3.8W₁₈O₄₉/GQDs增强拉曼信号的机理分析 21

3.4本章总结 22

第四章 结论 23

参考文献 24

致谢 27

1. 绪论

1.1石墨烯量子点简述

1.1.1石墨烯量子点概述

碳材料是一种地球上普遍而特殊的材料，它可以形成多种结构和性质不同的单质，比如石墨、金刚石等。碳基材料种类繁多并且展现出优良的性能，在光电传感领域、交通出行领域以及环境保护领域具有重要的应用价值。石墨是一种单质碳的同素异形体，外表呈灰黑色，熔沸点较高，化学性质较稳定，石墨是一种过渡晶体，石墨结构呈现为片层，层状结构之间距离较大，范德华力较小，各层可以滑动，因此是良好的润滑材料。石墨导电性良好，因此也是优秀的电极材料。

石墨烯是一种石墨的深加工产物。石墨烯一个原子厚度的准二维材料，构成石墨烯的碳原子形成一层平面薄膜，所以又叫做单原子层石墨 ^[1]。石墨烯由纯碳组成，每个碳原子在同一平面上通过共价键合在一起，键长约为0.142nm，键角约为120°，这使得石墨烯结构非常稳定^[2]。单层石墨烯薄片间通过范德华力连接，这种键合种类赋予了石墨烯优异的力学性能。同时，石墨烯自身的高载流子迁移率、导热系数和对分子的不透过性，已经使得石墨烯在新型的能源材料应用领域具有了独特的优势^[3]。但是，石墨烯材料的缺陷也比较明显，比如化学惰性强，溶解性差，具有活性的位点少，有效反应面积比较小等等，极大的限制了石墨烯在催化、光电传感等方面的研究，对石墨烯在许多领域的探索创新产生了阻碍，影响了石墨烯的应用环境。