[發(fā)明專利]一種通過還原反應(yīng)從碳源中提取熒光納米結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811134955.0
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN110093157B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 相昌盛
• 申請（專利權(quán)）人: 相昌盛
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明通過球磨處理對碳源進(jìn)行粉碎，并將其與還原劑混合進(jìn)行還原反應(yīng)獲得熒光納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過離心、過濾、透析等方式對所得熒光納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行提純。本發(fā)明通過高速離心、分子量截斷的方式對所得熒光納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)尺寸分離。本發(fā)明還包括對所得熒光納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行官能化處理。

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求2017年9月29日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/565,100優(yōu)先權(quán)。上述申請的全部內(nèi)容通過援引納入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及化學(xué)還原反應(yīng)從碳源中提取熒光納米結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前常見的宏量制備石墨烯量子點(diǎn)、碳點(diǎn)的方法是通過氧化法切割碳源。例如混酸氧化法、水熱法、電化學(xué)氧化法、微波氧化法等。然而氧化劑對于碳源結(jié)構(gòu)的破壞作用比較大，生成的石墨烯量子點(diǎn)、碳點(diǎn)存在大量結(jié)構(gòu)缺陷。這就導(dǎo)致了大量處于激發(fā)態(tài)的電子通過非輻射躍遷回到基態(tài)，因此大大降低了其熒光效率。同時，氧化法制備的石墨烯量子點(diǎn)、碳點(diǎn)還存在單色性較差，低帶隙納米顆粒產(chǎn)率低的問題。此外，氧化法所得廢液中含有強(qiáng)氧化劑，例如硫酸、硝酸、高錳酸鉀等，廢液處理過程復(fù)雜，有環(huán)境污染等隱患。本發(fā)明解決了以上問題。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及從碳源制備熒光納米結(jié)構(gòu)的方法。在一些實(shí)施方式中，碳源包括無煙煤、煙煤、次煙煤、動力煤、焦炭、瀝青、瀝青質(zhì)、石墨、炭黑、稻殼、纖維素及其組合。

在一些實(shí)施方式中，通過對碳源進(jìn)行球磨處理，使其成為粉末狀。

在一些實(shí)施方式中，碳源暴露于還原劑，導(dǎo)致形成熒光納米結(jié)構(gòu)包含石墨烯量子點(diǎn)、碳點(diǎn)。

在一些實(shí)施方式中，還原劑包含鋰、鈉、鉀、鈉鉀合金、鈉汞合金、氫化鋁鋰、硼氫化鈉、連二硫酸鹽、硫代硫酸鹽、水合肼、草酸、甲酸、乙酸、檸檬酸、乙二胺、硫酸銨、甲醇、乙醇及其組合。在一些實(shí)施方式中，對碳源在有還原劑存在環(huán)境下進(jìn)行加熱處理。

在一些實(shí)施方式中，將形成的熒光納米結(jié)構(gòu)與殘余碳源通過離心、過濾等進(jìn)行初步分離，提取熒光納米結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施方式中，將熒光納米結(jié)構(gòu)通過高速離心、交叉流動過濾、分子量截斷法和這些步驟的組合進(jìn)行尺寸分離。

在一些實(shí)施方式中，通過控制化學(xué)反應(yīng)的時間、溫度、碳源與還原劑質(zhì)量比例等對所形成的熒光納米結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行調(diào)控。在一些實(shí)施方式中，選擇碳源是煤，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)直徑約1-80納米。選擇碳源是瀝青和瀝青質(zhì)，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)直徑約1-20納米。選擇碳源是石墨，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)直徑約1-100納米。在一些實(shí)施方式中，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)厚度在0.5-5納米。

在一些實(shí)施方式中，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)的熒光發(fā)射峰在380-850納米之間。在一些實(shí)施方式中，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)發(fā)射峰半峰寬在10-150納米之間。

在一些實(shí)施方式中，選擇碳源是煤，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)熒光效率在1-90％之間。在一些實(shí)施方式中，選擇碳源是瀝青質(zhì)或瀝青，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)熒光效率在10-80％之間。在一些實(shí)施方式中，選擇碳源是石墨，形成的熒光納米結(jié)構(gòu)熒光效率在25-90％之間。

在一些實(shí)施方式中，對形成的熒光納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行官能化以提高其分散性，包括羥基、羧基、烷基、酯基、氨基、酰胺及其組合。在一些實(shí)施方式中，對形成的熒光納米結(jié)構(gòu)通過搭配分散劑，提高其在高鹽度水中的分散性，抑制團(tuán)聚現(xiàn)象。