[發明專利]一種超小尺寸藍綠光雙發射的氮、氯共摻石墨烯量子點及其制備方法

有效

• 申請號: 201810145123.2
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108328607B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 楊麗麗;孫雪;魏茂彬;劉曉艷;劉惠蓮;楊偉強
• 申請（專利權）人: 吉林師范大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/196;C01B32/194;C09K11/65;C09K11/61;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 李泉宏

本發明公開了一種超小尺寸藍綠光雙發射的氮、氯共摻石墨烯量子點及其制備方法屬于納米功能材料技術領域，針對目前石墨烯量子點的摻雜元素單一、尺寸相對較大、單一熒光發射等問題，本發明使用檸檬酸作為碳源，以1,2,4?三氨基苯二鹽酸鹽作為摻雜源，同時提供氮源和氯源，相比現有技術使用鹽酸作為氯摻雜，減少了強酸類的污染，并且可實現超小尺寸的石墨烯量子點制備，最小尺寸達到0.8nm，具有藍綠光雙發射的性質。本發明制備方法簡單，可用于大規模的工業化生產。

技術領域

本發明屬于納米功能材料技術領域，一種超小尺寸藍綠光雙發射的氮、氯共摻石墨烯量子點及其制備方法。

背景技術

近年來，越來越多的熒光納米材料，如半導體量子點、納米晶和熒光染料等，引起了人們的廣泛關注。其中，石墨烯量子點作為一個新興的熒光材料，由于其具有良好的光穩定性、生物相容性、低毒性、且制備簡單、耐光性高等特點，可廣泛地應用于生物、化學、物理等領域，如生物檢測、太陽能電池、發光二極管、光催化等。為了調節石墨烯量子點的結構、發光等特性，提高應用性能，拓展應用范圍，多采用摻雜的方式來實現改性。研究表明，摻雜后石墨烯量子點尺寸大多在3～10nm范圍內，如何進一步減小尺寸是面臨的技術難題之一。此外，摻雜元素多以N、S為主，多為單熒光發射，限制了材料性能的拓展空間。在石墨烯量子點結構中引入其他多樣化的非金屬元素是當前面臨的另一技術難題。目前，少數探索性工作已經在石墨烯量子點中實現氯元素的摻雜，但摻雜工藝流程中皆需使用鹽酸作為氯源。鹽酸作為強酸會對環境造成重大污染，不利于大規模生產。與此同時，由于氯元素與碳元素原子半徑相差較大，本身就不易有效摻入到石墨烯量子點中，因此含有氯元素的雙元素共摻雜石墨烯量子點的制備難度則更大。因此，迫切需要開發一種環境友好的新工藝，合成出超小尺寸、同時實現雙熒光發射的雙元素共摻雜石墨烯量子點，為發光二極管、光催化等應用提供性能優異的后備材料。

發明內容

針對目前石墨烯量子點的摻雜元素單一、尺寸相對較大、單一熒光發射等問題，本發明提供了一種超小尺寸藍綠光雙發射的氮、氯共摻石墨烯量子點，該石墨烯量子點含有N、Cl共摻，N的摻雜量為2～5.4atm％，Cl的摻雜量為1～2.16atm％，石墨烯量子點粒徑尺寸分布為0.8nm～2.0nm，平均粒徑尺寸為1.5nm。

所述超小尺寸藍綠光雙發射的氮、氯共摻的石墨烯量子點合成過程中所使用的碳源是檸檬酸，摻雜源是1,2,4-三氨基苯二鹽酸鹽，與現有技術相比，該摻雜源為鹽類，同時提供氮源和氯源，無強酸類污染，可實現超小尺寸氮、氯共摻石墨烯量子點的大規模制備，且能有效提高石墨烯量子點的碳化程度，實現藍光和綠光雙發射。

其制備方法具體如下：

1)氮、氯共摻石墨烯量子點的制備：分別稱取2mmol檸檬酸和1～4mmol 1,2,4-三氨基苯二鹽酸鹽，混合后溶于10～20mL去離子水中，恒溫25℃下充分攪拌30分鐘。將混合溶液轉入聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在190～210℃中保溫6～60小時后，自然冷卻至室溫，得到氮、氯共摻石墨烯量子點的粗產物。

2)氮、氯共摻石墨烯量子點的純化：將步驟1)中得到的石墨烯量子點的粗產物放入截留分子量為3500Da的透析袋中，透析24～48小時，再放入截留分子量為3000Da的透析袋，透析12～24小時。將得到的透析液使用旋轉蒸發儀除去殘余溶劑，獲得濃縮的氮、氯共摻石墨烯量子點水溶液，將上述溶液放置在-20℃冰箱中冷凍成固態，再放入真空冷凍干燥箱去除殘余溶劑，得到氮、氯共摻石墨烯量子點的粉末狀樣品。

3)氮、氯共摻石墨烯量子點的存放：將一部分粉末樣品溶液去離子水中，放入5℃冷藏室中存放，粉末樣品密封保存。

本發明的有益效果是：一種超小尺寸的熒光可調的氮、氯共摻石墨烯量子點及其制備方法具有以下優點：