[發(fā)明專利]一種兩親性石墨烯量子點及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810091600.1
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108300463B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 奚鳳娜;宣玲俐;陳鵬;劉吉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;B01F17/00;C08F112/08;C08F2/44;C09D11/52;C01B32/184
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• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種兩親性石墨烯量子點及其制備方法和應(yīng)用，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。所述制備方法，包括：將碳源化合物、可引入親水基團的化合物、可引入疏水基團的化合物溶于溶劑中得到混合液體，自下而上合成兩親性石墨烯量子點；所述碳源化合物為1,3,6?三硝基芘，所述可引入親水基團的化合物為含有氨基、酰胺基、羧基、巰基和羥基中的一種或幾種的化合物，所述可引入疏水基團的化合物為含有碳原子數(shù)≥6的烷烴基、烯烴基或芳香烴基及氨基、酰胺基、羧基、巰基、磺酸基或羥基的化合物。本發(fā)明制備兩親性石墨烯量子點的一步法簡單易操作，合成性能優(yōu)異的兩親性石墨烯量子點，在與水互不相容的兩相體系中可形成穩(wěn)定的油包水反相乳液體系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩親性石墨烯量子點及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

石墨烯量子點(GQDs)集量子限域效應(yīng)、尺寸效應(yīng)及邊界效應(yīng)于一體，還兼具良好的生物相容性、優(yōu)異的發(fā)光性能和帶隙可調(diào)等優(yōu)勢，在發(fā)光材料與器件、熒光防偽、生命成像、化學(xué)與生物傳感等眾多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中合成的石墨烯量子點多為親水性石墨烯量子點，或為親油性石墨烯量子點，導(dǎo)致其只能溶于單一性溶劑中且不具備表界面效應(yīng)。兩親性石墨烯量子點兼具親水基團和親油基團，在極性和非極性溶劑中均有一定溶解度，并具有獨特的表界面性質(zhì)。與小分子型兩親性分子(分子型表面活性劑，每分子含單個親水、疏水基團)相比，兩親性石墨烯量子點為粒子型表面活性劑，具有比表面積高、含多個親疏水基團，具有更強的乳化、浸潤等表界面性質(zhì)，可作為活性界面材料促進(jìn)乳化、浸潤、分散、界面聚合及催化等過程。

與現(xiàn)有研究中基于功能化二氧化硅、二氧化鈦納米顆粒、磷酸鋯納米顆粒和聚合物顆粒等兩親性納米材料相比，石墨烯量子點合成成本低，易于大量合成。與小分子型兩親性分子類似，兩親性石墨烯量子點具有自組裝性能，可有效降低干態(tài)GQDs團聚導(dǎo)致的熒光猝滅，有利于提高GQDs的干態(tài)熒光穩(wěn)定性。伴隨著化石能源的逐漸減少，從石油化工產(chǎn)品合成兩親性小分子逐漸受到限制，于是成本低的兩親性石墨烯量子點有望在乳液聚合、界面催化、熒光防偽等領(lǐng)域顯示巨大的應(yīng)用前景。

然而，目前僅有的為數(shù)不多的兩親性石墨烯量子點的報道，均采用對已有石墨烯量子點進(jìn)行進(jìn)一步兩親性改性，方法復(fù)雜，且作為粒子型表面活性劑只能形成水包油的正向乳液體系。上述問題，大大限制了石墨烯量子點的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一步法直接合成兩親性石墨烯量子點的制備方法，制得的兩親性石墨烯量子點在與水互不相容的兩相體系中形成穩(wěn)定的乳液體系。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種兩親性石墨烯量子點的制備方法，包括：將碳源化合物、可引入親水基團的化合物和可引入疏水基團的化合物溶于溶劑中得到混合液體，自下而上合成兩親性石墨烯量子點；所述碳源化合物為1,3,6-三硝基芘，所述可引入親水基團的化合物為含有氨基、酰胺基、羧基、巰基和羥基中的一種或幾種的化合物，所述可引入疏水基團的化合物為含有碳原子數(shù)≥6的烷烴基、烯烴基或芳香烴基及氨基、酰胺基、羧基、巰基、磺酸基或羥基的化合物。

本發(fā)明利用1,3,6-三硝基芘的化學(xué)反應(yīng)性在制備石墨烯量子點的同時引入親水基團和親油基團。1,3,6-三硝基芘具有類似石墨烯的母核結(jié)構(gòu)，在高熱高壓條件下硝基可離去，產(chǎn)生碳正離子，氨基、酰胺基、羧基、巰基、磺酸基和羥基等富電子的親水基團通過與碳正離子結(jié)合而與1,3,6-三硝基芘的母核連接。

所述自下而上合成的方法為水熱法、溶劑熱法或微波法。1,3,6-三硝基芘在水熱、溶劑熱等反應(yīng)條件下可脫出硝基。所述水熱、溶劑熱的反應(yīng)溫度為180～200℃，所述微波的功率為200～800W。所述溶劑包括水、二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、二乙胺、三乙胺。