FN熱解自組裝反應可能形成NGs的機理示意圖，以及四種不同溶劑體系下製備其乙醇溶液的照片。資料來源:韓國科學技術研究院(KIST)
石墨烯是一個平面結構，碳原子以類似蜂窩的六角形連線在一起。當石墨烯被縮小到幾個奈米(nm)大小時，它就成為了一個具有熒光和半導體特性的石墨烯量子點。石墨烯量子點作為一種新型材料，可用於多種應用領域，包括顯示屏、太陽能電池、二次電池、生物成像、照明、光催化和感測器。人們對石墨烯量子點的興趣越來越大，因為最近的研究表明，控制某些材料碳結構中雜原子(如氮、硫和磷)的比例可以提高它們的光學、電學和催化效能。
韓國科學技術研究院(KIST，所長尹錫鎮)表示，由功能複合材料研究中心的文炳俊博士和裴淑康博士領導的研究小組開發出了一種技術，可以精確控制石墨烯量子點中單個異質原子的鍵合結構。其中是一種零維碳奈米材料，透過簡單的化學反應控制;他們確定了相關的反應機制。
為了控制石墨烯量子點中雜原子的摻入，研究人員之前已經研究過在石墨烯量子點本身已經合成之後，使用新增劑將雜原子引入到量子點中。然後必須進一步純化這些點，所以這種方法在整個製作過程中增加了幾個步驟。另一種研究方法涉及同時使用多種有機前體(這是點合成的主要成分)，以及含有雜原子的新增劑。然而，這些方法有明顯的缺點，包括降低最終產品的結晶度和較低的總反應收率，因為必須執行幾個額外的純化步驟。此外，為了獲得製造商所希望的化學成分的量子點，必須最佳化各種反應條件，如新增劑的比例。這將不可避免地導致整個過程的持續時間和每個單位的製造成本的增加。
傳統的製造方法使用酸性前體或溶液，因此需要中和和純化步驟。相反，新開發的工藝使用的是在合成過程中被中和的弱鹼性前體，這意味著該工藝的優點是，所生產的石墨烯量子點在準備使用前不需要進行額外的處理。
研究團隊還利用基於計算化學的計算機建模發現，石墨烯量子點合成過程中使用的溶劑會影響有機前驅體fumaronitrile的氧化，而該前驅體也含有雜原子(氮)。這意味著溶劑型別最終決定了最終石墨烯量子點產物的化學成分。此外，根據所使用的特定溶劑計算的有機前驅體的理論氧化能值，實驗證明有能力預測最終石墨烯量子點的近似化學成分。
KIST的Bae Sukang博士表示:“我們開發出了一種新的平臺技術，可以在單一合成過程中，選擇性地調整異原子的化學成分，合成石墨烯量子點，除了fumaronitrile等有機前體外，不使用其他新增劑。”他補充說:“因為我們發現了一種無需額外的後處理或純化過程就能實現石墨烯量子點的大規模合成的方法，我們能夠減少整體處理時間，並提高合成過程的經濟可行性。”
此外，這一成果有望推動奈米碳材料的發展，增加中小企業的經濟機會，並進一步促進與碳材料行業擴張相關的人力資源增長，它是全羅北道的地區戰略產業。
該研究是作為制度研究專案和產業通商資源部(文勝旭部長)的材料零件技術開發專案進行的。這項研究的結果發表在《自然通訊》雜誌上。
