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우한 대학(Wuhan University)의 연구진은 서로 다른 분자량을 가진 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)을 코팅함으로써 청색, 황색, 적색으로 발광하는 그래핀 양자점을 합성하는데 성공했다. 그래핀 양자점은 고유의 광발광 특성, 뛰어난 생체 적합성, 낮은 독성, 높은 안정성 등을 가지고 있기 때문에 광전자장치, 광전지, 생체 감지, 바이오이미징 등의 분야에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 그래핀 양자점의 적용은 합성 방법과 불명확한 광발광 메커니즘에 의해서 제한적이었다. 따라서 높은 안정성, 제어 가능한 표면 특성, 조율 가능한 광발광 방출 파장을 가진 그래핀 양자점의 합성을 위한 효율적인 방법을 찾는 것이 매우 시급하다. 이번 연구진은 카르복실기가 그래핀 양자점 표면의 아미드기를 변화시키고 아미드화 반응이 발광 현상이 결정적인 영향을 끼친다는 것을 발견했다. 분자 궤도와 전하 밀도를 분석함으로써, 아미드 결합이 접합을 감소시키고 에너지 갭을 증가시킨다는 것을 발견했다. 황색으로 발광하는 코팅하지 않는 그래핀 양자점, 청색으로 발광하는 PEI1800 그래핀 양자점, 적색으로 발광하는 PEI600 그래핀 양자점의 평균 크기는 각각 2.37 nm, 6.05 nm, 57.31 nm이었다. 황색 발광 및 청색 발광 그래핀 양자점은 단일층 구조를 가진데 반해서 적색 발광하는 그래핀 양자점은 다층 구조를 가졌다. 이번에 개발된 그래핀 양자점은 바이오 이미징에 사용될 수 있고, 다색 이미징과 생체 분석 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 또한 이 연구가 더 우수한 그래핀 양자점 설계에 새로운 영감을 불러올 수 있기를 기대해 본다. 이 연구결과는 저널 ACS Applied Materials Interfaces에 ldquo;Red, Yellow, and Blue Luminescence by Graphene Quantum Dots: Syntheses, Mechanism, and Cellular Imaging rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acsami.7b05569). |
