一步溶剂热制备强荧光石墨烯量子点的方法与流程

文档序号:11092436
一步溶剂热制备强荧光石墨烯量子点的方法与制造工艺

本发明涉及石墨烯量子点的制备方法,具体涉及一种一步溶剂热制备强荧光石墨烯量子点的方法,属于石墨烯材料制备领域。



背景技术:

石墨烯拥有极高的比表面积,热和化学稳定性,生物兼容性好等优点,而量子点作为近几年的研究热门,因其独特的光学和电学性质而得到广泛关注,石墨烯量子点同时具备上述两种材料的优点,使其广泛应用在物理,化学,生物、医学等领域,在太阳能光电器件、生物医药、发光二极管和传感器等设备上有着更加诱人的应用前景。石墨烯量子点的性质和他的纳米尺度结构密切相关,通过不同的制备方法,制备的石墨烯量子点的性质和尺寸也各不相同。

到目前为止,人们为了合成石墨烯量子点做了很多的努力,发展了很多的制备方法,主要可以分成两类,由上至下和由下至上的制备方法。由上至下的方法主要包括激光刻蚀,酸氧化剥离,电化学氧化,微波辅助的水热合成法等等,这些方法归纳起来说,主要指的是碳材料的切割细化。此外,石墨烯量子点也可以通过由下至上的方法制备,包括了溶液化学法,聚苯前驱体的脱氢化以及,有机前驱体的碳化等等方法。由上至下的方法较为常用,具有很多优点,比如原材料丰富,大规模生产以及操作简单等优点。此外,有这种方法制备的石墨烯量子点在边缘有含氧官能团,有利于其溶解性的提高,官能团化和钝化。但是这些方法也有一些缺点,比如需要特殊的设备,产率低。Pan等人用氧化石墨作为原材料,浓硫酸浓硝酸氧化后,经过长时间的水热处理制备单分散的石墨烯量子点,但是具有反应时间长,引入杂质过多等缺点(D.Y.Pan,J.C.Zhang,Z.Li and M.H.Wu,Adv.Mater.,2010,22,734-738.)。Zhu等人使用DMF一步溶剂法制备石墨烯量子点,仍然要使用氧化石墨烯作为反应物,成本较高,不利于大规模生产(S.Zhu,J.Zhang,C.Qiao,S.Tang,Y.Li,W.Yuan,B.Li,L.Tian,F.Liu,R.Hu,H.Gao,H.Wei,H.Zhang,H.Sun and B.Yang,Chem.Commun.,2011,47,6858-6860.)。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种强荧光石墨烯量子点的一步溶剂热制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是:一步溶剂热制备强荧光石墨烯量子点的方法,采用溶剂热法,以膨胀石墨为原料,过氧化氢溶液为氧化剂,在有机溶剂存在下,于 150~200℃下反应3~5小时,获得石墨烯量子点。

其中,所述的过氧化氢溶液质量浓度为20~30%。

所述的膨胀石墨与过氧化氢的质量比为1:132。

所述的溶剂为乙醇、水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中的任意一种。

所述的溶剂与过氧化氢溶液的体积比为1:1.5。

与现有技术相比,本发明的优点是:

⑴制备成本极低:本发明所用的试剂从原料蠕虫石墨或者氧化物过氧化氢,价格都极为低廉,所需要的反应时间也比较短。

⑵产率高:本发明通过使用不同大小的反应釜,一次最多可以制备100mg以上的石墨烯量子点,和市场上出售的石墨烯量子点产品的浓度相比,具有极为明显的优势,可以用于商业的大规模生产。

⑶环境友好:本发明没有任何有毒有害的物质,产生的气体也主要是氧气,整个反应对环境基本无害。

⑷水溶性好:反应后产物可以均匀分散在水溶液中,放置数个月都不会出现沉积物,并且几乎不溶于非极性有机溶剂。

⑸纯度较高:反应后的溶液主要存在未反应的蠕虫石墨,溶剂和石墨烯量子点,过氧化氢反应完全,蠕虫石墨可以通过滤膜过滤,溶剂可以蒸发,再将剩余的石墨烯量子点溶解于各类溶液中,可以制备纯度较高的产物。

⑹产物性能好:制备的石墨烯量子点尺寸分布均匀,厚度在2~3层,具有强烈的蓝色荧光,发光性质稳定。

附图说明

图1是实施例4中石墨烯量子点水溶液的紫外可见吸收光谱。

图2是实施例4中石墨烯量子点水溶液的光致发光光谱。

图3是实施例4中石墨烯量子点的原子力显微镜图。

具体实施方式

实施例1:称取30mg的蠕虫石墨,加入浓度为20%的过氧化氢溶液5mL,无水乙醇5mL,混合均匀后转移至反应釜,在150℃反应条件下反应3小时,反应结束后,产物溶液用100nm的滤膜过滤,蒸发溶剂后再用去离子水重新溶解,得到产物的水溶液。

实施例2:称取30mg的蠕虫石墨,加入浓度为30%的过氧化氢溶液15mL,无水乙醇10mL,混合均匀后转移至反应釜,在150℃反应条件下反应5小时,反应结束后,产物溶液用100nm的滤膜过滤,蒸发溶剂后再用去离子水重新溶解,得到产物的水溶液。该溶液具有蓝色荧光,但是产量较低,原因是反应过程中,乙醇在高温高压条件下被过氧化氢氧化,消耗了较多的氧化剂,因而降低了产率。

实施例3:称取50mg的蠕虫石墨,加入浓度为20%的过氧化氢溶液10mL,加入20mL的去离子水,混合均匀后转移至反应釜,在180℃反应条件下反应3小时,反应结束后,溶液无明显变化,可见在去离子水条件下,各反应物间并不发生反应。

实施例4:称取50mg的蠕虫石墨,加入浓度为30%的过氧化氢溶液15mL,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)15mL,混合均匀后转移至反应釜,在170℃反应条件下反应5小时,反应结束后,产物溶液用100nm的滤膜过滤,蒸发溶剂后再用去离子水重新溶解,得到产物的水溶液。反应后的产物溶液为深黄色,处理后的石墨烯量子点具有强烈荧光,荧光产率可达15%,图1是产物水溶液的紫外可见吸收光谱,在225nm处有一个吸收峰。图2是产物水溶液在340nm紫外光激发下光致发光光谱图,图3为产物的原子力显微镜图,可以看出本发明提供的方法制备的石墨烯量子点平均尺寸在30nm左右,厚度在1~1.5nm之间,为2~3层。

实施例5:称取60mg的蠕虫石墨,加入浓度为30%的过氧化氢溶液15mL,甲基亚砜(DMSO)15mL,混合均匀后转移至反应釜,在200℃反应条件下反应5小时,反应结束后,产物虽然具有蓝色荧光,但是DMSO在高温条件下分解较多,产生刺鼻气味,不适合大量制备石墨烯量子点。

再多了解一些
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