[發(fā)明專利]一種雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點、制備方法及調(diào)節(jié)方法

有效

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• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113930788B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡松;冉慶強;汪雪棚;凌鵬;徐俊;江龍;汪一;蘇勝;向軍
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: C25B1/135
• 分類號: C25B1/135;C25B15/027;C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;G01N21/64
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發(fā)明公開了一種雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點、制備方法及調(diào)節(jié)方法。所述制備方法包括：將碳源工作電極、對電極和參比電極插入電解液中，調(diào)節(jié)并維持電解液的溫度至50～80℃；進行循環(huán)伏安掃描，得到分散有雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點的溶液，抽濾、透析、冷凍干燥后得到水溶性的所述雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點。本發(fā)明提供的制備方法在熱輔助下電化學氧化制備雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點，在電場和溫度場的耦合作用下，環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)加成引入羰基熒光位點，從而制備得到水溶性的雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點。本發(fā)明提供的制備方法和調(diào)節(jié)方法綠色、環(huán)保、簡單、安全，具有規(guī)模化生產(chǎn)潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯量子點技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點、制備方法及調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

石墨烯量子點是一種尺寸在10nm以下的新興熒光碳納米材料，主要由內(nèi)部碳核和表面官能團兩部分構(gòu)成。今年來，石墨烯量子點由于其獨特的熒光性質(zhì)、良好的生物相容性、納米尺寸、高比表面積、優(yōu)異的溶解性、抗光漂白等優(yōu)點，在生物成像、分析傳感、腫瘤治療、藥物遞送、能量存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。

為探索石墨烯量子點更加廣闊的應(yīng)用范圍及推動其得以工業(yè)化實際應(yīng)用，研究人員將目光聚焦于通過安全、經(jīng)濟、簡便的方法制備高量子產(chǎn)率石墨烯量子點、長波發(fā)射石墨烯量子點以及雙/多峰熒光發(fā)射石墨烯量子點。目前石墨烯量子點的制備方法根據(jù)碳源前驅(qū)體尺寸可分為兩大類：自上而下法和自下而上法。專利文獻CN105565297A電化學氧化切割碳纖維尖端面制備的石墨烯量子點及方法公開了一種在常溫下將碳纖維尖端面上的微晶石墨片層電化學氧化膨脹解離和切割制備石墨烯量子點的方法。制備的石墨烯量子點能穩(wěn)定分散在水中，粒徑分布較為均勻。但碳纖維原料較為昂貴，制備效率低，難以工業(yè)化生產(chǎn)。專利文獻CN102208755A紫外光刻蝕干法制備石墨烯量子點的方法通過紫外光刻蝕云母片上的石墨烯得到石墨烯量子點，但該方法耗能大、有輻射危害、制備量小。專利文獻CN103265020A一種宏量制備石墨烯量子點粉體的方法以天然鱗片石墨為碳源，將天然鱗片石墨轉(zhuǎn)化成一階插層納米氧化石墨，隨后進一步熱處理制得石墨烯量子點粉體，但制備過程復(fù)雜、耗時長、污染嚴重、產(chǎn)物性質(zhì)難以調(diào)控。專利文獻CN109594097B在電場和超聲場耦合作用下制備石墨烯量子點的方法以石墨為碳源，將電解池置于超聲池中，在電場和超聲場耦合作用下制得石墨烯量子點，但該方法使用電解液為離子液體，且噪聲污染嚴重。此外，上述幾種方法制得的石墨烯量子點與大多數(shù)文獻報道相似，均表現(xiàn)為單峰熒光發(fā)射。然而以單峰熒光發(fā)射石墨烯量子點作為納米探針進行熒光傳感主要通過分析物的濃度與熒光強度之間的線性關(guān)系實現(xiàn)，但單峰熒光發(fā)射石墨烯量子點的熒光強度受局部環(huán)境變化、光源功率波動、光程變化、光漂白等因素干擾，一定程度上限制了單峰熒光發(fā)射石墨烯量子點納米探針的準確性。

比率式熒光探針是通過分析物的濃度與雙峰熒光發(fā)射的強度比之間的線性關(guān)系實現(xiàn)熒光傳感，對環(huán)境干擾具有一定的自我校正，熒光檢測更加準確。目前研究人員通過將石墨烯量子點與具有其他熒光發(fā)射峰位的熒光物質(zhì)復(fù)合，如半導(dǎo)體量子點，有機染料，熒光蛋白質(zhì)等，制得雙峰熒光發(fā)射納米探針。然而這種復(fù)合式雙峰熒光發(fā)射納米探針的制備面臨著制備過程復(fù)雜、有機染料泄露、重金屬污染等不足。因此，制備具有本征雙峰熒光發(fā)射的石墨烯量子點的方法具有重要意義。

為制備具有本征雙峰熒光發(fā)射的石墨烯量子點，一些研究團隊采取本身具有熒光發(fā)射的有機染料等作為碳源，如堿性品紅，鈣黃綠素等。通過水熱處理，在保持部分前驅(qū)體熒光性質(zhì)的同時，水熱碳化引入新的熒光位點，制得本征雙峰熒光發(fā)射的石墨烯量子點。然而這些方法需要以有機熒光染料作為前驅(qū)體，同時制備過程需要高溫高壓，不利于規(guī)模化制備。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種雙峰熒光發(fā)射石墨烯量子點、制備方法及調(diào)節(jié)方法，其目的在于通過對電解液的溫度進行控制，由此解決目前需要以有機熒光染料作為前驅(qū)體，同時制備過程需要高溫高壓，不利于規(guī)模化制備雙峰熒光發(fā)射的石墨烯量子點的技術(shù)問題。