[發明專利]摻氮石墨烯量子點的制備方法

有效

• 申請號: 201610704984.0
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106276880B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 王軍;譙志強;吳鵬;王彥群;楊光成
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 李靜云

本發明公開了一種摻氮石墨烯量子點的制備方法，該方法采用三硝基三氨基苯(TATB)為碳源和氮源的前軀體，將TATB溶解到濃硫酸溶劑中，在一定溫度加熱0.5?7小時，使TATB發生縮合反應生成摻氮石墨烯，待反應完冷卻后加水，轉移到透析袋透析2?3天除去濃硫酸，使溶液PH＝6?7，得到水溶性的摻氮石墨烯，繼續冷凍干燥得到摻氮石墨烯固體粉末。本發明采用三硝基三氨基苯(TATB)為原料，一步法制備摻氮石墨烯或量子點，制備過程簡單，效率，可實現批量化的制備。制備摻氮石墨烯具有很好的水溶性，控制制備工藝可以獲得形貌和分子量可調摻氮石墨烯或摻氮石墨烯量子點。

技術領域

本發明屬于石墨烯材料技術領域，具體涉及一種摻氮石墨烯量子點的制備方法。

背景技術

石墨烯作為一種新型平面晶體結構的碳材料，因其具有高的理論比表面積、獨特的電子結構和電學性質、高熱導性和高機械強度等優良性質，在催化、儲氫、復合材料和電化學電容器等領域具有潛在的應用前景。然而，由于石墨烯沒有能帶隙，使得其電導性不能像半導體一樣完全被控制，而且石墨烯表面光滑且呈惰性，不利于和其他功能材料的結合，限制了石墨烯的進一步的應用。將石墨烯進行摻氮改性制備成摻氮石墨烯，可以克服石墨烯的缺陷，打開能帶隙、調整導電類型，改變電子結構、提高石墨烯的自由載流子密度，提高石墨烯的導電性能和穩定性。石墨烯摻氮在推動和拓展石墨烯的應用領域方面具有關鍵作用，因此，石墨烯的慘氮，合成摻氮石墨烯已成為石墨烯材料領域研究的一個研究熱點。

目前已經開展了大量研究制備摻氮石墨烯，主要有高溫固相反應法、化學氣相沉積、電弧放電、水熱法和高溫熱分解法等?；瘜W氣相沉積法(CVD)是利用前軀體(碳源和氮源)熱解反應，通過原子、分子間化學反應，使得氣態前驅體中的某些成分分解，而在基體上形成薄膜，獲得摻氮石墨烯產物。CVD法在合成碳納米材料中應用極為廣泛，比如石墨烯合成、碳納米管的合成、碳納米纖維的合成，是制備碳材料的主要方法。氮等離子放電法是利用N₂和NH₃等離子體輻射石墨烯之后，經過退火或熱剝離從而制得摻氮石墨烯的方法。氨源熱解即在氨的氛圍下熱處理氧化石墨烯(GO)，從而得到摻氮石墨烯的方法在碳源和氮源共存的溶液中，通過熱處理得到摻氮石墨烯的方法。這些方法在制備效率、工藝要求等方面都存在各種缺點。

石墨烯可以視為SP²雜化的碳以無數六圓環連接而成?；瘜W氣相沉積以單個碳原子為單元構建石墨烯結構，產率低，條件要求高。如果以SP²雜化的六圓環碳為基本單元，采用新的方法構建石墨烯或者摻氮石墨烯，必將提高合成效率，降低CVD合成工藝的高要求。在有機分子中，SP²雜化形成六圓環的碳就是苯環，但苯環分子共軛和大π鍵，極為惰性，碳原子之間形成化學鍵連接幾乎不可能的。但如果能在苯環的碳原子上連接一些活性基團，在一定條件下可以使活性基團與碳原子化學鍵斷裂，活化苯環碳原子，苯環碳原子相互連接生成石墨烯或者摻氮石墨烯。三硝基三氨基苯(TATB)，作為一種苯的衍生物，硝基和氨基是一種活性基團，在一定條件下可以發生化學反應，產生活性氮原子和碳原子，發生縮合反應生產摻氮石墨烯。因此，本文采用三硝基三氨基苯(TATB)為碳氮原料，以濃硫酸為溶劑，通過熱處理使TATB發生縮合反應制備摻氮石墨烯。

發明內容

本發明的目的是提供一個方法簡單、高效的摻氮石墨烯量子點的制備方法。

為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案：

一種摻氮石墨烯量子點的制備方法，包括以下步驟：

將三硝基三氨基苯溶解于濃硫酸中，在溫度150～300℃下反應，待反應完成后加水透析調節溶液pH為6～7，獲得淡黃色水溶性摻氮石墨烯。

進一步的技術方案是，所述的水溶性摻氮石墨烯冷凍干燥后獲得黑色摻氮石墨烯粉末。

進一步的技術方案是，所述的三硝基三氨基苯與濃硫酸的質量比為1:8～1:20。