[發(fā)明專利]一種高效環(huán)保羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210167308.X
• 申請(qǐng)日: 2022-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114455577B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 暴寧鐘;劉猛猛;任寧;張曉艷;劉孝偉;吳健;楊紫萱;丁玉婕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/194
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/194;C01B32/184;C01B32/198
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐芝強(qiáng);肖明芳

本發(fā)明公開(kāi)了一種高效環(huán)保羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法，將以氧化石墨烯溶液為原料，以過(guò)氧化氫為剪切劑，二者混合均勻反應(yīng)得到羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)溶液；隨后溶液經(jīng)濾膜過(guò)濾除雜，之后加入催化劑，催化多余的過(guò)氧化氫分解；催化完成的溶液離心，分離出鉑粉，溶液再次經(jīng)濾膜過(guò)濾除雜；過(guò)濾得到的溶液通過(guò)旋蒸濃縮后，冷凍干燥，既得。本發(fā)明石墨烯量子點(diǎn)羧基含量高，易于功能化，過(guò)氧化氫水熱的環(huán)境下，富氧環(huán)境下，在攻擊環(huán)氧單鍵的同時(shí)也對(duì)其部分氧化，部分醇類(lèi)和環(huán)氧基的氧化終點(diǎn)在羧酸，所以此種合成石墨烯量子點(diǎn)的方法可以在保留原有羧基的基礎(chǔ)上額外生成部分羧基。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯量子點(diǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種高效環(huán)保羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，碳材料因?yàn)槠洫?dú)特的導(dǎo)電性、超強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異的導(dǎo)熱等性質(zhì)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，諸如碳納米管、富勒烯、石墨烯等都屬于碳材料家族之一。其中石墨烯屬于二維片狀材料，因其合成方法最為簡(jiǎn)單，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)氧化石墨烯(GO)，氧化石墨烯的兩個(gè)發(fā)展方向：其一是將氧化石墨烯片的橫向尺寸做大，得到超百微米的大薄片狀氧化石墨用于導(dǎo)熱、導(dǎo)電等領(lǐng)域；其二在于將氧化石墨烯橫向尺寸由微米級(jí)降至百十納米以下成為石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)。正因?yàn)槭┝孔狱c(diǎn)顯示出獨(dú)特的光電效應(yīng)，還同時(shí)擁有發(fā)光致光性、出色的水溶性和低的生物毒性。與此同時(shí)，隨著工業(yè)化的進(jìn)程逐步加快，對(duì)石墨烯量子點(diǎn)的需求與日俱增增，找到石墨烯量子點(diǎn)的高效環(huán)保的合成方法顯得尤為重要。

目前，石墨烯量子點(diǎn)的合成方法多樣，其中總的分成兩大類(lèi)：自上而下和自下而上的合成方法。其中傳統(tǒng)的自上而下的合成方法包括對(duì)原始石墨粉的插層和破碎，其中涉及石墨粉的碳層間插層剝離至氧化石墨烯和氧化石墨烯的破碎這兩部分，雜糅在一起的合成方法對(duì)后期分離提純帶來(lái)了挑戰(zhàn)，還因該過(guò)程合成出的石墨烯量子點(diǎn)羧基含量微乎其微，這也進(jìn)一步導(dǎo)致其功能化使用受限。另一種合成石墨烯量子點(diǎn)的方式為自下而上的方法，包括葡萄糖、檸檬酸、有機(jī)萘等有機(jī)小分子通過(guò)化學(xué)熱解、退火聚合等方式合成石墨烯量子點(diǎn)，此種方法合成過(guò)程涉及步驟繁瑣、合成方向不可控、原料及其副產(chǎn)物的除雜過(guò)程存在耗時(shí)長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效、綠色的羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種高效環(huán)保羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟：

(1)將以氧化石墨烯溶液為原料，以過(guò)氧化氫為剪切劑，二者混合均勻反應(yīng)得到羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)溶液；

(2)將步驟(1)得到的羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)溶液經(jīng)濾膜過(guò)濾除雜，之后加入催化劑，催化多余的過(guò)氧化氫分解；

(3)將步驟(2)催化完成的溶液離心，分離出鉑粉，溶液再次經(jīng)濾膜過(guò)濾除雜；

(4)將步驟(3)過(guò)濾得到的溶液通過(guò)旋蒸濃縮后，冷凍干燥，既得。

具體地，步驟(1)中，所述的氧化石墨烯溶液采用hummers方法合成，將反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)為10h-12h，提高氧化程度，不光是在原料上帶來(lái)了羧基，引入更多的缺陷環(huán)氧基和羥基，為破碎氧化石墨烯，和向羧基石墨烯量子點(diǎn)轉(zhuǎn)化提供優(yōu)勢(shì)，合成的氧化石墨烯溶液濃度為0.5-3g/L；氧化石墨烯與過(guò)氧化氫的反應(yīng)質(zhì)量比為1:(22.5-60)。

具體地，步驟(1)中，二者采用超聲攪拌10-60min，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟不銹鋼水熱釜中在150-200℃下，反應(yīng)60-140min，得到羧基功能化石墨烯量子點(diǎn)溶液。

具體地，步驟(2)中，所述的催化劑為微米鉑粉，采用直接接觸反應(yīng)使得過(guò)氧化氫分解，氧化石墨烯與微米鉑粉的質(zhì)量比為100：(0.01-0.4)，反應(yīng)時(shí)間為0.5-8h；使用可持續(xù)利用的微米鉑粉，直接接觸式催化，不給催化過(guò)程引入雜原子的可能。