[發明專利]一種熒光增強的石墨烯量子點的制備方法

有效

• 申請號: 201810723008.9
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108728087B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 莫尊理;張紅娟;郭瑞斌;劉妮娟;馮航空;燕敏;王瑞娟
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y40/00;C01B32/194
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明提供了一種熒光增強的石墨烯量子點的制備方法，是將乙腈加入到石墨烯量子點溶液中，超聲波清洗器中超聲5~10min；隨后轉移至高壓反應釜中，加熱至175~185℃，恒溫反應11~12h，冷卻至室溫，得到熒光增強的石墨烯量子點。本發明以乙腈作為輔助中間體，并通過一步水熱法制備了熒光增強的石墨烯量子點，其發光穩定性得到顯著的提升，而且發光強度高，量子產率高；同時有效地防止了石墨烯量子點在高溫高壓環境下的熒光淬滅，極大地開拓了石墨烯量子點在光電轉換、離子檢測，傳感器等更多領域的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種熒光增強的石墨烯量子點的制備方法，屬于納米材料技術領域。

背景技術

石墨烯量子點是準零維的納米材料。石墨烯量子點與石墨烯這種半導體材料相比，其從體相逐漸減小至一定尺寸后，材料的特征尺寸在三個維度上都與電子的德布羅意波長或者電子平均自由程相比擬或者更小，電子在材料中的運動受到了三維限制，也就是說電子的能量在三個維度上都是量子化的，石墨烯量子點在三個維度均達到納米級，引發表面效應。同時，由于石墨烯量子點特殊的幾何尺寸，兼具其他的特殊屬性，如量子尺寸效應，介電限域效應，量子隧道效應，庫倫阻塞效應等。近年來，石墨烯量子點在電學、光學、熱學、生物學等各個領域呈現出了優異性能，使其成為發展最快的納米材料。由于其良好的水溶性、生物相容性、低毒性、穩定的熒光等特點，作為交叉學科的媒介，在能源、環境和生物傳感等領域嶄露頭角。

石墨烯量子點在各個學科領域的應用中，主要涉及其特殊的熒光發光性能。然而，石墨烯量子點的熒光發光不穩定，持久性是限制其應用的一個關鍵。關于石墨烯量子點的熒光機理研究，就其熒光發射的準確來源依舊存在爭議，還需要更多的研究去描述和解釋其熒光發射機理。到目前為止，普遍認可的機理解釋有兩種，一種是?電子共軛引起的能帶躍遷，另一種與石墨烯量子點的表面缺陷有關。因此，研究者在應用的過程中對石墨烯量子點的表面缺陷進行修飾，以此來提高熒光效率，光學和化學穩定性，并使其生物相容性優化。

探索新的輔助技術對獲得性能優越的石墨烯量子點材料來說是一項有意義的研究。目前，研究者采用各種物理、化學手段制備了高熒光發射的石墨烯量子點。但是，這些方法制備的石墨烯量子點仍然存在制備困難，工藝復雜，發光不穩定等問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的石墨烯量子點發光不穩定，尤其在高溫高壓處理后發光不穩定的問題，提供一種穩定的熒光增強石墨烯量子點的制備方法。

一、熒光增強的石墨烯量子點的制備

本發明熒光增強的石墨烯量子點的制備方法，是將乙腈加入到石墨烯量子點溶液中，超聲波清洗器中超聲5~10min；隨后轉移至高壓反應釜中，加熱至175~185℃，恒溫反應11~12h，冷卻至室溫后，得到熒光增強的石墨烯量子點。

所述石墨烯量子點為通過“自上而下”法由網絡狀還原氧化石墨烯為原料制備。網絡狀還原氧化石墨烯是利用改進的Hummers法制備的氧化石墨為原料，通過氨水調節溶液的pH為10~11，加入氧化石墨用量38~40%的水合肼，反應釜中175~185 ℃下還原12~13h得到。

所述石墨烯量子點溶液中，石墨烯量子點的質量濃度為0.3~0.4mg/mL。所述乙腈的濃度為99.9~100%；石墨烯量子點與乙腈的質量體積比為1.25~10.00 mg/mL。所述超聲波清洗器中超聲的功率因數為60~70%。

二、熒光增強石墨烯量子點的結構及性能

下面通過透射電鏡、紫外可見吸收光譜圖、熒光光譜對本發明制備的熒光增強石墨烯量子點結構和發光性能進行分析說明。

1、透射電鏡分析

圖1為本發明制備的石墨烯量子點的透射電鏡圖。從圖1中可以看出，石墨烯量子點顆粒尺寸約為3~5nm，均勻分布在超薄碳膜微柵上，說明石墨烯量子點具有很好的分散性，并且尺度分布均勻。