Плазменный синтез флуоресцентных азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах

Проект направлен на создание научно-технических основ плазменного синтеза флуоресцентных азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах для формирования и совершенствования новых функциональных оптоэлектронных материалов и фотонных устройств на их основе. Разработка метода, позволяющего синтезировать углеродные квантовые точки с высоким квантовым выходом флуоресценции, с высокой скоростью и с меньшими энергетическими и сырьевыми затратами является важной научной проблемой. Решение одного или нескольких пунктов данной научной проблемы будет способствовать более активному внедрению углеродных квантовых точек в различные отрасли науки и техники. В частности, работы в данном направлении потенциально востребованы для применения углеродных квантовых точек в оптоэлектронике, биовизуализации и сенсорах. Соответственно, разработка и исследование новых методов синтеза углеродных квантовых точек является актуальным. В проекте будет использован метод плазменного синтеза углеродных квантовых точек в жидкофазных средах. В этом методе генерация плазмы происходит в жидкофазной среде при атмосферном давлении, вызванная высоковольтным электрическим разрядом между электродами, погруженными в раствор. Известно, что допированные гетероатомами углеродные квантовые точки, в частности, допированные азотом, имеют значительно более высокий квантовый выход флуоресценции в сравнении с недопированными квантовыми точками. В проекте азот-допирование углеродных квантовых точек будет реализовано использованием азотсодержащих органических прекурсоров. При генерации плазмы происходит быстрая диссоциация молекул с последующим формированием различных радикалов, которые участвуют в формировании углеродной структуры за счет процессов полимеризации и карбонизации. Выбор прекурсора является неединственным параметром, который влияет на свойства синтезируемых частиц. Их свойства (размер, структура, состав) также будут зависеть от условий генерации плазмы и времени синтеза. С одной стороны, совокупность параметров, влияющих на свойства синтезируемых частиц плазменным методом расширяет возможности для синтеза частиц с желаемыми свойствами, с другой стороны, поиск оптимальных режимов синтеза частиц является сложной научно-технической задачей. Данный метод синтеза углеродных квантовых точек является новым и перспективным, а также имеет ряд преимуществ в сравнении с другими методами синтеза наночастиц. К основным преимуществам метода можно отнести высокую скорость синтеза, возможность контроля свойств вещества за счет изменения условий генерации плазмы и широкий выбор прекурсоров. Отличительной чертой используемого метода в нашем проекте является введение буферного газа в межэлектродном пространстве в процессе генерации плазмы, что позволит уменьшить напряжение пробоя между электродами вследствие локального уменьшения плотности среды. Данная модификация метода плазменного синтеза флуоресцентных углеродных квантовых точек, c одной стороны, позволит снизить требования к высоковольтному источнику, с другой стороны, может существенно повлиять на свойства синтезируемых материалов. Научная новизна проекта заключается в том, что впервые будет систематически изучено влияние азотсодержащих прекурсоров на флуоресценцию углеродных квантовых точек, полученных плазменным синтезом в газожидкостных средах. В проекте будет использован ряд азотсодержащих органических прекурсоров, которые впервые будут применены для синтеза углеродных квантовых точек данным методом.