一种MXene量子点荧光增强的方法与流程

本发明涉及荧光增强应用，具体涉及mxenes(如：ti3c2)量子点荧光增强的方法，属于半导体材料领域。

背景技术：

近来，一种由过渡金属碳或氮化物形成类似石墨烯的新型层状二维陶瓷材料-mxene，受到了科学家们的广泛关注。因为它不仅具有很强的导电性，而且因为制备过程中修饰的-f以及-oh基团赋予了纳米片极好的亲水性，使得mxene将金属导电性和亲水性集于一身，具有非常广阔的应用前景。

零维的mxene材料即mxene量子点(mqds)，其在保留了原二维mxene层状材料优异的导电性和水溶性的同时，还由于量子尺寸效应，表现出很多异于其他材料的优良特性，如独特的光学性质和电学性质。

目前通过水热、碱回流方法可以制备mqds，该mqds有许多优点，如实验操作安全简单，反应条件温和、不涉及危险性强酸等。但是，存在荧光量子产率低、荧光发射性能差以及实际应用困难的问题，目前尚缺乏对mqds光致发光能力增强的有效方法。

技术实现要素：

mqds表面含有大量氧官能团，其众多物理性能会受到表面/边缘缺陷态的影响，尤其是其荧光特性与表面缺陷态有极大的关系。基于此，本发明旨在提供一种新的荧光增强方案。采用一种简单的表面处理方法，即使用双氧水(h2o2)来改变mqds表面态，并评估其荧光发光性能。

一种mxene量子点荧光增强的方法，具体步骤为：

步骤1.将体积分数为30％的h2o2加入到浓度为0.1mg/ml的mqds溶液中；

步骤2.将步骤1得到的溶液超声4-6分钟使之均匀混合,将得到的mqds命名为h-mqds。

进一步地，步骤1所述h2o2与mqds溶液的体积比为0.004-0.006。

进一步地，采用水热法制备mqds溶液，制备步骤为：

1)：将ti3alc2粉末加入一定浓度的hf水溶液中，hf水溶液选择性地将其中的al元素刻蚀掉，得到mxene材料。

2)：取一定量的mxene材料，加入去离子水进行溶解，并进行超声处理使得溶液均匀透明无沉淀。

3)：将步骤2得到的澄清溶液放入高压釜中反应。

4)：将反应所得的溶液用过滤膜进行过滤，即可得到ti3c2mqds水溶液(0.1mg/ml)。

进一步地，所述步骤3)中反应釜温度设定为120℃，反应时间为6h；所述步骤4)过滤膜孔径为220nm。

进一步地，采用碱回流法制备mqds溶液，制备步骤为：

1)：将ti3alc2粉末加入一定浓度的hf水溶液中，hf水溶液选择性地将其中的al元素刻蚀掉，得到mxene材料。

2)：取一定量的mxene材料，加入氢氧化钠、聚乙二醇200、去离子水的混合溶液中进行溶解，并进行超声处理使得溶液均匀透明无沉淀。

3)：将步骤2得到的澄清溶液进行回流。

4)：将所得的溶液用过滤膜进行透析处理，即可得到浓度为0.1mg/ml的ti3c2mqds水溶液。

进一步地，所述步骤3)中回流温度设定为120℃，时间为6h；所述步骤4)所用过滤膜的截留分子量为1000。

不管是用水热还是碱回流方法制备的mqds以及掺杂的mqds，均可以用此方案进行表面改性，增强其荧光发射能力。

有益效果

(1)本发明所述的增强方法简单，效果显著；成本低廉并且环境友好，具有一定的商业可行性；

(2)本发明通过后处理的方式对mqds表面进行改性，使得量子点表面局部区域化学键类型以及含量发生改变，即改变了量子点表面的含氧官能团，进而改变了量子点的表面态，最终提高了其荧光发射能力。

附图说明

图1为mqds和h-mqds的tem图，分别为(a)、(b)，对应的hrtem分别为(c)、(d)，对应的尺寸分布图为(e)和(f)；

图2为mqds和h-mqds的拉曼光谱图(a)和zeta电位图(b)；

图3为mqds和h-mqds的光致发光谱图(a)-(b)和ple谱图(c)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。

实施方式一

以水热法制备ti3c2qds为例。使用反应釜，通过反应釜加热反应制备ti3c2qds。具体为：将ti3alc2粉末加入一定浓度的hf水溶液中，hf水溶液将其中的al元素刻蚀掉，得到mxene材料。将得到的的mxene材料，加入去离子水进行溶解，并进行超声处理至溶液均匀透明无沉淀。并将澄清溶液在120℃的高压釜中反应6h。最后将反应所得的溶液用过滤膜进行过滤，即可得到ti3c2mqds水溶液(0.1mg/ml)。

随后对制得的ti3c2qds进行双氧水(h2o2)后处理对量子点进行表面改性，改性方法是：步骤1.将体积分数为10μl的30％的h2o2加入到2ml浓度为0.1mg/ml的mqds溶液中；

步骤2.将步骤1得到的溶液超声4-6分钟使之均匀混合,将得到的mqds命名为h-mqds。

并对最终产物施以tem、hrtem、拉曼分析表征手段。

mqds和h-mqds的tem图像及对应的hrtem图像、拉曼光谱图和zeta电位图分别如附图1～2所示。

由tem图像可知两组样品各自展示了尺寸均一、分离良好的纳米颗粒分布。通过对透射电镜图像中100个纳米颗粒的计数，统计出对应的mqds和h-mqds的横向尺寸分布分别为3.45±0.5nm和3.35±0.5nm，表明mqds经过后处理后，mqds的粒径尺寸几乎没有发生变化。此外，从高分辨率透射(hrtem)图中明确可见，mqds和h-mqds均表现出分辨率良好的晶格条纹，条纹间距都为0.22nm，与ti3c2纳米片的(105)结晶面相吻合，表明其核心结构相似，依旧保持着ti3c2纳米片的基本结构和组成。可以预见,h2o2的后处理方式主要影响mqds的表界面形态，并没有改变其本征结构。

二者的ft-ir图谱表现出峰位相似但强度不同的红外光谱，表明它们的化学结构和组成是相似的，但是官能团含量有所差别。与原始mqds相比，h-mqds表现出显著增强的c＝o峰。这种峰强的改变意味着h2o2处理后mqds表面的c＝o含量增加。

另外，两组样品的zeta电位值均为负值，因为它们表面存在了大量的氧官能团。并且随着h2o2的后处理的进行，zeta电位值从-18.3mv降至-19.4mv，表明原始mqds表面的氧官能团逐渐被氧化或发生了改变，使得h-mqds的分散趋于更稳定化。

实施例2

以碱回流法制备ti3c2qds为例。使用氢氧化钠辅助回流的方法制备ti3c2qds。具体为：将ti3alc2粉末加入一定浓度的hf水溶液中，hf水溶液将其中的al元素刻蚀掉，得到mxene材料。将所得mxene材料加入氢氧化钠、聚乙二醇200(peg200)和去离子水的混合溶液中进行溶解，并进行超声处理使得溶液均匀透明无沉淀。并将所得澄清溶液在120℃回流6h。为了除去杂质，最后将所得澄清溶液用半透膜进行透析处理，即可得到ti3c2mqds水溶液(0.1mg/ml)。

随后对制得的ti3c2qds进行双氧水(h2o2)后处理对量子点进行表面改性，并检测最终产物的荧光性能。改性方法是：步骤1.将体积分数为10μl的30％的h2o2加入到2ml浓度为0.1mg/ml的mqds溶液中；

步骤2.将步骤1得到的溶液超声5分钟使之均匀混合,将得到的mqds命名为h-mqds。

mqds和h-mqds的光致发光谱图和ple谱图如附图3所示。

由mqds和h-mqds在不同激发波长下的光致发光(pl)图可得两组样品的激发波长从320nm增加到460nm时，它们的发射波长都是从450nm增加至550nm左右。mqds和h-mqds的pl最大峰值都对应于400nm激发波长下的490nm发射峰，发射峰强度为h-mqds>mqds，h-mqds的荧光强度的最大增强倍数为原始mqds的3.7倍，最强发射峰位未发生偏移。此外两组样品的发射光谱都较宽，并且表现出激发依赖性。

总之，原始mqds经双氧水(h2o2)处理后由表面区域c＝o的增加，改变了局域电子态，使与之相连的本征电子态发生了变化，进而增强了荧光的发射。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。