서로 다른 종류의 석탄에서 서로 다른 크기의 그래핀을 얻는 것이 가능하다.
석탄의 성분을 다순화하면 지방족(aliphatic) 비정질 탄소에 의해 연결된 결함이 있는 나노 크기의 결정질 탄소 도메인이다.
Rice 대학의 연구자들은 3 종류의 석탄을 윈자 두께의 산화그래핀인 2~20 nm 크기의 디스크 형태의 그래핀 양자점(graphene quantum dots, GQDs) 으로 환원시키는 간단한 방법을 찾아냈다.
밴드갭은 반도체 물질이 어떻게 전류를 나르는지를 결정한다. 양자점의 경우 밴드갭은 물질의 형광(fluorescence)을 결정하는데 밴드갭은 양자점의 크기를 바뀌면 튜닝가능하다.
GQD를 만드는 방법이 많이 있지만 대부분의 방법은 비싸고 매우 적은 양의 GQD 밖에 얻지 못한다. 하지만 Rice 대학은 석탄으로 부터 화학적 원스텝으로 많은 양(20% 수율) 의 GQD을 심지어 싸게 얻을 수 있다는 것을 알았다.
그들은 매우 간단한 산화 과정을 진행했다. 석탄을 으스러뜨려 산용액에 담궈 아주 작은 그래핀 도메인들의 결합을 끊었다.
석탄 구조 내의 결정질 탄소는 순수한 sp2 탄소 구조가 사용되었을때 보다 더 쉽게 산화되면서 떨어져 나가 결과적으로 나노 크기의 가장자리에 비정질 탄소가 붙어 있는 GQD을 생성시킨다.
서로 다른 종류의 석탄은 서로 다른 종류의 양자점을 만들어 낸다는 것이 밝혀졌다. CQD는 역청탄(bituminous coal), 무연탄(anthracite) 그리고 코크스(coke)으로 부터 얻어진다.
석탄은 질산과 황산에 각각 초음파 처리되고 24 시간 동안 가열되었다. 역청탄과 코크스는 각각 2~4 nm와 4~8 nm의 GQD을 만들어 내고 무연탄은 18~40 nm 크기의 적층 구조를 만들어 낸다. 이 GQD는 물에 녹으며 무독성이다.
참고: http://m.phys.org/news/2013-12-coal-yields-plenty-graphene-quantum.html
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