一种利用废弃生物资源制备具有荧光特性石墨烯量子点的方法与流程

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种利用废弃的龙眼枝或龙眼壳制备具有荧光特性石墨烯量子点的方法。

背景技术：

石墨烯量子点（gqds）是当石墨烯变为小于10nm时，其表面带含氧基团的石墨烯片，俗称为小尺寸石墨烯。石墨烯量子点除具有石墨烯优异的性能之外，由于其准零维的特性，内部电子在各方向上的运动都受到局限，所呈现出的显著的量子局限效应使其具有许多独特的性质，在太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统以及新型半导体器件等领域具有重要潜在应用价值。目前石墨烯量子点的合成方式主要分为自上而下和自下而上这两种。自上而下包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法，自下而上包括溶液化学法、超声波法和微波法、可控热解多环芳烃法等。

龙眼枝是指结龙眼的小的枝干，龙眼壳是指龙眼的果皮。在福建省，当龙眼成熟时节，龙眼枝和龙眼壳随处可见。本发明通过回收利用废弃的龙眼枝或龙眼壳，并将其晒干后在高温下进行碳化作为绿色环保低成本的碳源，然后经过简单的硝化、超声破碎、水热处理，得到不同荧光强度的石墨烯量子点，其有望在太阳能电池等领域得到较好的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用废弃生物资源制备具有荧光特性石墨烯量子点的方法，其不仅可充分利用废弃生物资源，且可简便、低价获得具有不同荧光特性的石墨烯量子点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用废弃生物资源制备具有荧光特性石墨烯量子点的方法，其是将龙眼枝或龙眼壳晒干后在高温下碳化作为碳源，然后经过简单的硝化、超声破碎、水热处理，制得所述石墨烯量子点；其具体包括以下步骤：

（1）将龙眼枝或龙眼壳洗净晒干后，在保护气氛下高温碳化一段时间，然后取出，清洗干燥，并研磨成粉末，得碳粉末；

（2）将所得碳粉末加硝酸氧化后进行抽滤，再经烘干，得到黑色粉末；

（3）将所得黑色粉末加入到n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，经超声破碎后所得悬浮液转移至高温高压反应釜中进行水热处理；

（4）处理完后冷却至室温，取出，抽滤，所得滤液即为具有不同荧光强度的石墨烯量子点。

步骤（1）中保护气氛采用氩气。

步骤（1）中碳化温度为600-800℃，优选为800℃，碳化时间为2-3h，优选为3h。碳化中的升温速率为5-10℃/min，优选为5℃/min。

步骤（2）中硝酸氧化的反应温度为70-90℃，优选为80℃，反应时间为12-24h，优选为12h；所用硝酸的质量浓度为65%-68%。

步骤（2）中烘干温度为70-90℃，优选为80℃。

步骤（3）中超声破碎的功率为100-400w，时间为1~2h，优选为2h。

步骤（3）中水热处理的温度为180~200℃，优选为200℃，处理时间为10-12h，优选为10h。

操作中使用砂心漏斗和0.22µm的微孔滤膜进行抽滤。

本发明的显著优点在于：本发明回收利用废弃的龙眼枝、龙眼壳，将其晒干后在高温下碳化得到绿色环保低成本的碳源，然后经过简单的硝化、超声破碎、水热处理后制成具有不同荧光强度的石墨烯量子点。本发明变废为宝，充分利用了福建省当地废弃的生物资源，不仅可在一定程度上缓解当地环境污染的压力，且其可在制备过程中通过参数的调控改变石墨烯量子点的荧光强度及波长，以适应不同需求，这有助于促进当地石墨烯相关产业的发展，增加经济收益。

附图说明

图1为经高温碳化后所得龙眼枝碳粉末的x射线衍射图。

图2为实施例1和实施例2所制备的石墨烯量子点的荧光光谱图。

图3为实施例2和实施例3所制备的石墨烯量子点的荧光光谱图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

高温碳化采用贝意克真空管式炉。

超声破碎采用scientzⅱd超声波细胞粉碎机。

抽滤使用砂心漏斗和0.22µm的微孔滤膜。

实施例1

（1）将7g龙眼枝洗净晒干后，在氩气保护气氛下于800℃高温碳化3h，然后取出，分别用乙醇和水清洗3-5次，在60℃下干燥5h，并研磨成粉末，得龙眼枝碳粉末；

（2）将1g所得龙眼枝碳粉末加入到150mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中，经100w超声破碎2h后将所得悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯为内衬的高温高压反应釜中，于200℃下水热处理10h；

（3）处理完后冷却至室温，取出，抽滤，所得滤液即为石墨烯量子点。

实施例2

（1）将7g龙眼枝洗净晒干后，在氩气保护气氛下于800℃高温碳化3h，然后取出，分别用乙醇和水清洗3-5次，在60℃下干燥5h，并研磨成粉末，得龙眼枝碳粉末；

（2）在1g所得龙眼枝碳粉末中加入70ml质量浓度为68%的硝酸，使用磁力搅拌器在80℃下氧化处理12h后进行抽滤，再经80℃烘干，得到0.753g黑色粉末；

（3）将所得黑色粉末加入到150mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中，经100w超声破碎2h后将所得悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯为内衬的高温高压反应釜中，于200℃下水热处理10h；

（4）处理完后冷却至室温，取出，抽滤，所得滤液即为石墨烯量子点。

实施例3

（1）将6g龙眼壳洗净晒干后，在氩气保护气氛下于800℃高温碳化3h，然后取出，分别用乙醇和水清洗3-5次，在60℃下干燥5h，并研磨成粉末，得龙眼壳碳粉末；

（2）在所得龙眼壳碳粉末中加入70ml质量浓度为65%的硝酸，使用磁力搅拌器在80℃下氧化处理12h后进行抽滤，再经80℃烘干，得到0.841g黑色粉末；

（3）将所得黑色粉末加入到150mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中，经100w超声破碎2h后将所得悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯为内衬的高温高压反应釜中，于200℃下水热处理10h；

（4）处理完后冷却至室温，取出，抽滤，所得滤液即为石墨烯量子点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种利用废弃生物资源制备具有荧光特性石墨烯量子点的方法，其是将龙眼枝或龙眼壳晒干后经高温碳化得到碳源，再经简单硝化、超声破碎、水热处理后制得所述具有荧光特性的石墨烯量子点。本发明变废为宝，充分利用了福建省当地废弃的生物资源，不仅可在一定程度上缓解当地环境污染的压力，且其可在制备过程中通过参数的调控改变石墨烯量子点的荧光强度及波长，以适应不同需求，这有助于促进当地石墨烯相关产业的发展，增加经济收益。

技术研发人员：廖廷俤;付宝玉;朱星群;董锦锦;吴琦;向斌
受保护的技术使用者：泉州师范学院
技术研发日：2017.11.20
技术公布日：2018.02.23