Синтез и характеристика линейных/нелинейных оптических свойств оксида графена и восстановленного оксида графена.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1496 (2023) Цитировать эту статью

2970 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье мы стремились исследовать линейные и нелинейные оптические свойства нанокомпозитов GO-ZnO и RGO-ZnO по сравнению с чистым GO и восстановленным оксидом графена (RGO). С этой целью GO, RGO, GO-ZnO и RGO-ZnO были синтезированы и охарактеризованы методами инфракрасного преобразования Фурье (FT-IR), поглощения в ультрафиолетовом и видимом диапазонах (UV-Vis), рентгеновской дифракции (XRD) и энергодисперсионного анализа. Рентгеновская спектроскопия (EDX). Рентгеновский и EDX-анализ показал восстановление GO, а также успешный синтез нанокомпозитов GO-ZnO и RGO-ZnO. ИК-Фурье-спектроскопия показала, что полосы поглощения при 3340 см-1, 1630 см-1, 1730 см-1 и 480 см-1 относятся к валентным колебаниям OH, C=C, C=O и Zn-O соответственно. . Прямые запрещенные зоны GO, RGO, GO-ZnO и RGO-ZnO по УФ-Вид спектрам находились при 3,36, 3,18, 3,63 и 3,25 эВ последовательно. Кроме того, нелинейно-оптические свойства третьего порядка были исследованы с использованием метода z-сканирования с использованием Nd:YAG-лазера (532 нм, 70 мВт). Видно, что значение коэффициента нелинейного поглощения \((\upbeta )\) увеличилось с 5,3 × 10–4 (ГО) до 8,4 × 10–3 см/Вт (ВГО-ZnO). Кроме того, нелинейный показатель преломления (n2) ГО, ВГО, ГО-ZnO и ВГО-ZnO составил 10,9 × 10–10, 14,3 × 10–10, 22,9 × 10–10 и 31,9 × 10–10. см2/Вт соответственно.

После открытия графена Геймом и Новселевым в 2004 году были проведены огромные исследования в области этого самого тонкого и плоского материала, который когда-либо мог существовать во Вселенной1,2,3,4. Графен обладает уникальной двумерной (2D) sp2-гибридной структурой и прекрасными свойствами, такими как высокая механическая гибкость, превосходная электро- и теплопроводность, большая удельная площадь поверхности и высокая химическая стабильность5,6,7,8,9,10, 11. Благодаря этим характеристикам графен находит различные применения, в том числе в суперконденсаторах12,13, фотовольтаике14,15,16, топливных элементах17,18,19, датчиках20,21 и наножидкостях22,23. Более того, 2D-кристаллическая структура графена может сделать его более популярным для загрузки различных материалов или формирования различных композитов, которые усиливают полезные свойства как графена, так и добавленных компонентов24. Например, замечено, что композиты графен/оксид металла показали более высокие характеристики хранения энергии25,26,27,28 и электрохимического обнаружения29,30,31,32 по сравнению с отдельным графеном или добавленными компонентами. Кроме того, исследования функционализированного графена показали, что графеновые композиты демонстрируют замечательные нелинейно-оптические (NLO) отклики33. В этом отношении неорганические оксиды металлов могут быть хорошими кандидатами для соединения с графеном. В последнее время они привлекли значительное внимание из-за их широкого использования в катализе, очистке воды, производстве водорода, литий-ионных батареях и прозрачной электронике34,35,36,37,38,39. Например, оксид цинка (ZnO) представляет собой неорганический оксид металла с широкой запрещенной зоной 3,37 эВ40,41 и большой энергией связи экситонов при комнатной температуре (60 мэВ). Он имеет разнообразные потенциальные применения, такие как светоизлучающие диоды42, солнечные элементы43,44. ,45,46, сенсоры47,48,49, фотодетекторы50 и наногенераторы1,5. Следовательно, согласно супериндивидуальным свойствам графена и ZnO, сочетание графена с наночастицами ZnO может повысить производительность1. Очевидно, что надлежащая растворимость и технологичность считаются первыми требованиями для многих применений материалов на основе графена33. Плохая растворимость графена ограничивала его применение как в органических, так и в неорганических растворителях24. Одним из возможных способов улучшения растворимости является окисление графена и модификация ГО некоторыми растворимыми материалами. Поскольку GO содержит большое количество кислородсодержащих групп, таких как карбоксильные, карбонильные и гидроксильные/эпоксидные группы, он может легко обеспечить различные способы декорирования органических и неорганических материалов путем ковалентной/нековалентной функционализации51. Оксид графена (ГО) можно синтезировать различными методами, такими как Штауденмайер52, Хофманн53, Джалех54 и Маркано55. Среди них сегодня для производства ОГ широко используется метод Хаммерса56.