[發明專利]一種石墨烯量子點的大規模制備方法

有效

• 申請號: 201410023951.0
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103787319A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 張明東;張麟德
• 申請（專利權）人: 深圳粵網節能技術服務有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C09K11/65
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，特別是涉及一種石墨烯量子點的大規模制備方法。

背景技術

自從2004年英國曼徹斯特大學的Andre?Geim及Konstantin?Novoselof首次成功剝離熱解石墨并觀測到石墨烯以來，學界內對于新型碳材料的研究熱度就一直沒有消退過。石墨烯的成功分離意味著理論對于二維晶體熱力學不穩定的預言被破除，也就帶來了許多新領域研究的可能。

完美的石墨烯具有理想的二維結構，它由六邊形晶格組成，每個碳原子通過σ鍵在晶格平面方向上與其他的三個碳原子結合，未成σ鍵的電子則作為π電子，組成了垂直于晶格平面的π軌道體系。π電子可在平面上任意移動。但更為重要的是，由于石墨烯特有的結構，其能帶結構呈狄拉克錐的形式，而在狄拉克點上，石墨烯的導帶和價帶重合，因此在其狄拉克點上電子和空穴的有效質量皆為零，對應的電子和空穴的遷移率都相同且無限接近于無窮大，這意味著其載子既可以是空穴也可以是電子，且其載子遷移率極大，因此理想的石墨烯應當具有極好的導電性，預測其能夠承受比銅高六個數量級的電流密度。

目前的研究對于大片層的石墨烯已經有一系列激動人心的研究工作已經發表，而對于二維的片層尺度大小被束縛在玻爾半徑的石墨烯及氧化石墨烯顆粒的研究，也正如火如荼的進行著。對于這樣的石墨烯顆粒，由于保留了一定的氧化官能團或缺陷，且尺寸變小，故其能帶并非連續，由此導致其載子可被激發。載子被激發后形成激子，而激子又被限制在了該石墨烯的三個空間方向的能帶隙里，單層石墨烯厚度在1nm左右，片層大小在玻爾半徑左右，由于這樣的石墨烯對應的能帶隙較大，這導致激子退激發后形成的激光發射波長較寬，具有極好的激光特性。而這類石墨烯顆粒，有類似無機材料中的半導體量子點所具有的特性，因此被稱之為石墨烯量子點，石墨烯量子點的半徑在波爾半徑之內，其無毒無害，熒光波長窄，激光波長寬，在發光二級管（LED）和生物成像以及光伏器件和傳感器上能起到極好的應用。

目前對于石墨烯量子點的研究中，主要采用的制備方法有四種。這四種方法分別是對石墨烯進行再氧化的二次氧化法、從有機小分子出發的有機合成法、電子束或離子束蝕刻的方法以及對碳材料進行微觀切割的方法。這當中，二次氧化法需要先制備出高品質的石墨烯材料，才能進行好后續的氧化步驟，成本較高，也不利于工業化；有機合成法所涉及工藝復雜且繁瑣，不利于工業生產；電子或離子束蝕刻的方法則存在產量小，無法大批量生產的問題；對碳材料進行微觀切割的方法也存在步驟復雜且產率較低的缺陷。因此，提出一種工藝簡單，且能夠大規模制備石墨烯量子點的方法，對于推動量子點研究的進展，是勢在必行的。

發明內容

基于此，有必要提供一種工藝簡單、產率較高的石墨烯量子點的大規模制備方法，以大規模制備石墨烯量子點。

一種石墨烯量子點的大規模制備方法，包括如下步驟：

將氧化石墨烯加入第一溶劑中，均勻分散得到第一分散液，將還原劑加入所述第一分散液中，均勻分散得到混合液；

將所述混合液于500瓦～800瓦的微波環境中反應10分鐘～60分鐘，冷卻后進行固液分離，取固體，得到粗產物；

將還原性多羥基醛及有機酸中的一種與所述粗產物進行混合，加入路易斯酸，混合均勻得到混合物，將所述混合物加入第二溶劑中，均勻分散得到第二分散液；及

將所述第二分散液于500瓦～800瓦微波環境中反應0.2小時～1小時，然后于120瓦～300瓦的超聲環境下剝離2小時～3小時，分離純化后得到所述石墨烯量子點。

在其中一個實施例中，將所述混合液于500瓦～800瓦的微波環境中反應10分鐘～60分鐘的步驟之前，包括超聲攪拌的步驟，所述超聲攪拌的步驟具體為：將所述混合液于120瓦～300瓦的超聲環境下攪拌0.5小時～4小時。

在其中一個實施例中，將所述第二分散液于500瓦～800瓦微波環境中反應0.2小時～1小時的步驟之前，還包括超聲分散的步驟，所述超聲分散的步驟具體為：將所述第二分散液于120瓦～300瓦的超聲環境中分散0.5小時～2小時。

在其中一個實施例中，所述第一溶劑和第二溶劑均選自水、二甲氧基乙烷、聚乙烯醇的水溶液、丙三醇、三縮二乙二醇及N-甲基吡咯烷酮中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述第一分散液中，所述氧化石墨烯的濃度為2毫克/毫升～10毫克/毫升。

在其中一個實施例中，所述還原劑選自檸檬酸、葡萄糖酸、甲酸、抗壞血酸、草酸、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、甲酸鈉、抗壞血酸鈉及草酸鈉中的至少一種。