This paper presents a comprehensive study of the impact of defects on quantum yield in Nitrogen doped graphene quantum dots (N-GQDs). The facile and high yielding hydrothermal method was used to process the N-GQDs by selecting two different nitrogen containing powders, that is, NH4Cl (sample-I) and (NH4)2SO4(sample-II). Initially, the synthesized samples were characterized by using High Resolution Transmission Electron Microscope (HRTEM), Powdered X-Ray Diffraction, Raman Spectroscopy, and UV-Visible spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, and Photoluminescence (PL) for sample integrity. HRTEM images suggest that the majority of the both sample types were in the narrow range of 5–20 nm in diameter. The samples show blue photoluminescence and excitation dependent PL emission characteristics. As expected, by using the different excitation energy in PL, appearance of peak introduces additional energy levels between π and π* that provide alternative electron transition pathways. The most remarkable finding is that the fluorescence quantum yield is up to 28% for sample-I and is 49.8% for sample-II, which is higher than that of reported GQDs (less than 25%). This clearly suggests that the defect states related to Nitrogen, Chlorine, and Sulfur that alter the band gap of the GQDs determine the PL characteristics and the quantum yield.

1.
F.
Liu
,
S.
Song
,
D.
Xue
, and
H.
Zhang
,
Adv. Mater.
24
,
1089
(
2012
).
2.
S. C.
Ray
,
A.
Saha
,
N. R.
Jana
, and
R.
Sarkar
,
J. Phys. Chem. C
113
,
18546
(
2009
).
3.
Y. Q.
Sun
,
S. Q.
Wang
,
C.
Li
,
P. H.
Luo
,
L.
Tao
,
Y.
Wei
, and
G. Q.
Shi
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
9907
(
2013
).
4.
W.
Wei
,
C.
Xu
,
J.
Ren
,
B.
Xu
, and
X.
Qu
,
Chem. Commun.
48
,
1284
(
2012
).
5.
S.
Zhuo
,
M.
Shao
, and
S. T.
Lee
,
ACS Nano
6
,
1059
(
2012
).
6.
Q.
Li
,
S.
Zhang
,
L.
Dai
, and
L.
Li
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
18932
(
2012
).
7.
V.
Gupta
,
N.
Chaudhary
,
R.
Srivastava
,
G. D.
Sharma
,
R.
Bhardwaj
, and
S.
Chand
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
9960
(
2011
).
8.
H.
Cheng
,
Y.
Zhao
,
Y.
Fan
,
X.
Xie
,
L.
Qu
, and
G.
Shi
,
ACS Nano
6
,
2237
(
2012
).
9.
C.
Liu
,
J.
Liu
,
S.
Ji
, and
Y.
Zhou
,
Mater. Focus
1
,
149
(
2012
).
10.
F.
Liu
,
J.
Liu
, and
D.
Xue
,
Mater. Focus
1
,
160
(
2012
).
11.
Z.
Liu
,
J. T.
Robinson
,
X.
Sun
, and
H.
Dai
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
10876
(
2008
).
12.
L. S.
Li
and
X.
Yan
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
,
2572
(
2010
).
13.
S. R. M.
Santiago
,
T. N.
Lin
,
C. T.
Yuan
,
J. L.
Shen
,
H. Y.
Huang
, and
C. A. J.
Lin
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
22599
(
2016
).
14.
F.
Liu
,
T.
Tang
,
Q.
Feng
,
M.
Li
,
Y.
Liu
,
N.
Tang
,
W.
Zhong
, and
Y.
Du
,
J. Appl. Phys.
115
,
164307
(
2014
).
15.
H.
Sun
,
L.
Wu
,
N.
Gao
,
J.
Ren
, and
X.
Qu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
5
,
1174
1179
(
2013
).
16.
J.
Gu
,
M. J.
Hu
,
Q. Q.
Guo
,
Z. F.
Ding
,
X. L.
Sun
, and
J.
Yang
,
RSC Adv.
4
,
50141
50144
(
2014
).
17.
S.
Wang
,
Z. G.
Chen
,
I.
Cole
, and
Q.
Li
,
Carbon
82
,
304
313
(
2015
).
18.
X.
Yan
,
X.
Cui
,
B.
Li
, and
L. S.
Li
,
Nano Lett.
10
,
1869
1873
(
2010
).
19.
X. M.
Li
,
S. P.
Lau
,
L. B.
Tang
,
R. B.
Ji
, and
P. Z.
Yang
,
Nanoscale
6
,
5323
(
2014
).
20.
S.
Dey
,
A.
Govindaraj
,
K.
Biswas
, and
C. N. R.
Rao
,
Chem. Phys. Lett.
595–596
,
203
208
(
2014
).
21.
J. T.
Robinson
,
J. S.
Burgess
,
C. E.
Junkermeier
,
S. C.
Badescu
,
T. L.
Reinecke
, and
F. K.
Perkins
,
Nano Lett.
10
,
3001
3005
(
2010
).
22.
R.
Zboril
,
F.
Karlicky
,
A. B.
Bourlinos
,
T. A.
Steriotis
,
A. K.
Stubos
, and
V.
Georgakilas
,
Small
6
,
2885
2891
(
2010
).
23.
K. J.
Jeon
,
Z.
Lee
,
E.
Pollak
,
L.
Moreschini
,
A.
Bostwick
, and
C. M.
Park
,
ACS Nano
5
,
1042
1046
(
2011
).
24.
J.
Liang
,
Y.
Jiao
,
M.
Jaroniec
, and
S. Z.
Qiao
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
51
(
46
),
11496
11500
(
2012
).
25.
J.
Gu
,
X.
Zhang
,
A.
Pang
, and
J.
Yang
,
Nanotechnology
27
,
165704
(
2016
).
26.
Y.
Li
,
Y.
Zhao
,
H.
Cheng
,
Y.
Hu
,
G.
Shi
,
L.
Dai
, and
L.
Qu
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
15
18
(
2012
).
27.
H.
Liu
,
Y.
Liu
, and
D.
Zhu
,
J. Mater. Chem.
21
,
3335
(
2011
).
28.
L. B.
Tang
,
R. B.
Ji
,
X. M.
Li
,
K. S.
Teng
, and
S. P.
Lau
,
J. Mater. Chem. C
1
,
4908
(
2013
).
29.
H.
Fei
,
Y.
Ruquan
,
Y.
Gonglan
,
G.
Yongji
,
P.
Zhiwei
,
F.
Xiujun
,
L. G.
Errol
,
M. A.
Pulickel
, and
M. T.
James
,
ACS Nano
8
(
10
),
10837
10843
(
2014
).
30.
B. X.
Zhang
,
H.
Gao
, and
X.-L.
Li
,
New J. Chem.
38
,
4615
(
2014
).
31.
A.
Ananthanarayanan
,
Y.
Wang
,
P.
Routh
,
M.
AlamSk
,
A.
Than
,
M.
Lin
,
J.
Zhang
,
J.
Chen
,
H.
Sun
, and
P.
Chen
,
Nanoscale
7
,
8159
(
2015
).
32.
L. B.
Tang
,
R. B.
Ji
,
X. M.
Li
,
K. S.
Teng
, and
S. P.
Lau
,
J. Mater. Chem. C
1
,
4908
4915
(
2013
).
33.
Y.
Wang
,
Y.
Shao
,
D. W.
Matson
,
J. H.
Li
, and
Y. H.
Lin
,
ACS Nano
4
,
1790
1798
(
2010
).
34.
C. F.
Hu
,
Y. L.
Liu
,
Y. H.
Yang
,
J. H.
Cui
,
Z. R.
Huang
, and
Y. L.
Wang
,
J. Mater. Chem. B
1
,
39
42
(
2013
).
35.
L.
Tang
,
R.
Ji
,
X.
Cao
,
J.
Lin
,
H.
Jiang
,
X.
Li
,
K. S.
Teng
,
C. M.
Luk
,
S.
Zeng
,
J.
Hao
, and
S. P.
Lau
,
ACS Nano
6
,
5102
5110
(
2012
).
36.
D.
Pan
,
L.
Guo
,
J.
Zhang
,
C.
Xi
,
Q.
Xue
,
H.
Huang
,
J.
Li
,
Z.
Zhang
,
W.
Yu
,
Z.
Chen
,
Z.
Li
, and
M.
Wu
,
J. Mater. Chem.
22
,
3314
3318
(
2012
).
37.
N. U.
Ain
,
M. O.
Eriksson
,
S.
Schmid
,
M.
Asghar
,
P. C.
Lin
,
P. O.
Holtz
,
M.
Syvajarvi
, and
G. R.
Yazdi
,
Nanomaterials
6
,
198
(
2016
).
38.
X.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
C.
Wang
,
X.
Wu
,
Y.
Yang
,
B.
Zheng
,
H.
Wu
,
S.
Guo
, and
J.
Zhang
,
ACS Nano
6
,
6592
6599
(
2012
).
39.
H. M.
Kashani
,
T.
Madrakian
, and
A.
Afkhami
,
New J. Chem.
41
,
6875
6882
(
2017
).
40.
Y.
Li
,
R.
Chapman
, and
M. M.
Stevens
,
Adv. Funct. Mater
25
,
3183
3192
(
2015
).
41.
Y.
Li
,
Y.
Hu
,
Y.
Zhao
,
G.
Shi
,
L.
Deng
,
Y.
Hou
, and
L.
Qu
,
Adv. Mater.
23
,
776
780
(
2011
).
42.
J.
Li
,
L.
Xu
,
T.
Wang
,
J.
Song
,
J.
Chen
,
J.
Xue
,
Y.
Dong
,
B.
Cai
,
Q.
Shan
,
B.
Han
, and
H.
Zeng
,
Adv. Mater.
29
,
1603885
(
2017
).
43.
X.
Li
,
Y.
Wu
,
S.
Zhang
,
B.
Cai
,
Y.
Gu
,
J.
Song
, and
H.
Zeng
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
2435
2445
(
2016
).
44.
W. S.
Hummers
, Jr.
and
R. E.
Offeman
,
J. Am. Chem. Soc.
80
,
1339
(
1958
).
45.
P. R.
Kharangarh
,
A.
Kumar
,
S.
Umapathy
, and
G.
Singh
,
ISST J. Appl. Phys.
7
,
42
46
(
2016
).
46.
P. R.
Kharangarh
,
A.
Kumar
,
R. K.
Sharma
, and
G.
Singh
,
Adv. Mater. Proc.
2
(
3
),
171
175
(
2017
).
47.
P. R.
Kharangarh
,
S.
Umapathy
,
G.
Singh
,
R. K.
Sharma
, and
A.
Kumar
,
Emerging Mater. Res.
6
(
2
),
1
27
(
2017
).
48.
P. R.
Kharangarh
,
S.
Umapathy
, and
G.
Singh
,
Integr. Ferroelectr.
183
,
1
9
(
2017
).
49.
Z.
Wang
,
J.
Xia
,
C.
Zhou
,
B.
Via
,
Y.
Xia
,
F.
Zhang
,
Y.
Li
,
L.
Xia
, and
J.
Tang
,
Colloids Surf. B: Biointerfaces
112
,
192
196
(
2013
).
50.
S. K.
Lai
,
C. M.
Luk
,
L.
Tang
,
K. S.
Teng
, and
S. P.
Lau
,
Nanoscale
7
,
5338
(
2015
).
51.
G. B.
Markad
,
S.
Battu
,
S.
Kapoor
, and
S. K.
Haram
,
J. Phys. Chem. C
117
,
20944
20950
(
2013
).
52.
D. Y.
Pan
,
J. C.
Zhang
,
Z.
Li
,
C.
Wu
,
X. M.
Yan
, and
M. H.
Wu
,
Chem. Commun.
46
,
3681
(
2010
).
53.
K. N.
Kudin
,
B.
Ozbas
,
H. C.
Schniepp
,
R. K.
Prud'Homme
,
I.
Aksay
, and
R.
Car
,
Nano Lett.
8
,
36
41
(
2008
).
54.
A. C.
Ferrari
,
J. C.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K. S.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A. K.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
55.
D.
Graf
,
F.
Molitor
,
K.
Ensslin
,
C.
Stampfer
,
A.
jungen
,
C.
Hierold
, and
L.
Wirtz
,
Nano Lett.
7
,
238
242
(
2007
).
56.
Z.
Luo
,
Y.
Lu
,
L. A.
Somers
, and
A. T. C.
Johnson
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
898
899
(
2009
).
57.
S. J.
Zhu
,
S. J.
Tang
,
J. H.
Zhang
, and
B.
Yang
,
Chem. Commun.
48
,
4527
(
2012
).
You do not currently have access to this content.