一种石墨烯量子点薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯量子点（GQDs）薄膜的制备方法，具体步骤如下：以改进的Hummers法制备氧化石墨；将氧化石墨分散在分散剂中，用微波辅助溶剂热法制备石墨烯量子点；将石墨烯量子点溶液滴至衬底上，旋涂制得石墨烯量子点薄膜。本发明原料便宜，设备简单，操作方便；且所得的石墨烯量子点溶解性好，尺寸均匀，石墨烯量子点薄膜厚度均一，导电性能好，在太阳能电池应用方面前景可观。
【专利说明】一种石墨烯量子点薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种石墨烯量子点薄膜的旋涂制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道形成的六边晶格状二维平面薄膜，因其特殊的晶格结构，使得石墨烯的电子和空穴的迁移率都无限接近于无穷大，石墨烯因此具有良好的导电性，力学性能及热性能，所以在能源、信息等领域具有较高的潜在价值。然而，石墨烯是零帯隙的半导体材料，在光电子领域的应用受到了限制。怎样打开石墨烯的能带呢？主要有两种技术，一是化学参杂；二是引入量子限域效应。
[0003]石墨稀量子点是零维的石墨稀材料，它的尺寸在10nm以下，拥有丰富的边缘效应和量子限域效应，可以通过控制尺寸大小来调节边缘效应和量子限域效应，即调节石墨烯量子点的物理特性。
[0004]目前，关于制备石墨烯量子点的方法大致分为两类:自上而下法和自下而上法。前者包括水热法、溶剂热法、电化学氧化法等，主要是将石墨烯切割打碎制得；后者主要有超声法、溶液化学法等，主要是运用小分子作前体来制备石墨烯量子点。本发明所采用的微波辅助水热法制备GQDs的优点在于与传统的水热法相比合成时间大大减少，产率相应提高。但是关于石墨烯量子点薄膜的制备方法尚且欠缺。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是以石墨粉作为原料，先制备出氧化石墨，再用微波辅助溶剂热法制备石墨烯量子点，然后经溶液配制、旋涂、烘干等步骤，以便制备石墨烯量子点薄膜。本发明的氧化石墨及石墨烯量子点薄膜在光电器件、超级电容及太阳能电池等方面有广泛的应用前景。
[0006]本发明提供的技术方案包括以下步骤:1.氧化石墨的制备；2.石墨烯量子点的制备；3.石墨烯量子点薄膜的制备。
[0007]1.氧化石墨的制备:取2 g石墨粉和2 g硝酸锂于烧杯中，冰浴条件下加入100HiL 98%的浓硫酸，缓慢加入12 g的高锰酸钾，在不同温度下搅拌反应一段时间，溶液变为棕色，加入400 mL蒸馏水稀释，缓慢加入适量30%的双氧水，得到亮黄色溶液(G0)，趁热过滤，滤饼用NaOH溶液洗涤，将pH调至7-8，以稀HCl调至中性，离心得到沉淀，在烘箱中以40-50 °C干燥48 h得到氧化石墨。
[0008]2.石墨烯量子点的制备:将0.5-5 g氧化石墨加入到5-15 mL的分散剂中，移至内衬为聚四氟乙烯的微波水热反应釜(50 mL)中，密封后置于微波辅助水热合成仪中，微波功率为400 W，220°C下反应90 min,待温度降至室温，取出反应釜，过滤所得滤液为石墨烯量子点在分散剂中的分散液，旋转蒸发除去分散剂，干燥后即得粉末状石墨烯量子点。
[0009]3.石墨烯量子点薄膜的制备:将石墨烯量子点溶于蒸馏水中，配制成0.5%-3%的溶液，将溶液滴加到衬底上，在匀胶机上以1000-3000转旋涂10-30s得到GQDs薄膜。
[0010]将得到的GQDs薄膜进行扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱、循环伏安扫描、电化学阻抗表征。
[0011]本发明所制备的石墨烯量子点在溶剂中的溶解性明显提升，GQDs尺寸分布均匀，GQDs薄膜的厚度均勻，导电性能良好，可在光电器件如碲化镉、染料敏化等太阳能电池、超级电容器、透明电极等领域有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是石墨烯量子点结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例对本发明进行进一步阐述，但并不是对本发明进行限制。
[0014]取2 g石墨粉和2 g硝酸锂于烧杯中，冰浴条件下加入100 mL 98%的浓硫酸，缓慢加入12 g的高锰酸钾，在不同温度下搅拌反应一段时间，溶液变为棕色，加入400 mL蒸馏水稀释，缓慢加入适量30%的双氧水，得到亮黄色溶液(G0)，趁热过滤，滤饼用NaOH溶液洗漆，将PH调至7-8，以稀HCl调至中性，离心得到沉淀，在烘箱中以45°C干燥48 h得到氧化石墨。
[0015]将0.5 g氧化石墨加入到5 mL的DMSO中，移至内衬为聚四氟乙烯的微波水热反应釜(50 mL)中，密封后置于微波辅助水热合成仪中，微波功率为400 W，220 °C下反应90min,待温度降至室温，取出反应釜，过滤所得滤液为石墨烯量子点在DMSO中的分散液，旋转蒸发除去DMS0，干燥后即得粉末状石墨烯量子点。
[0016]将石墨烯量子点溶于蒸馏水中，配制成0.5%的溶液，将溶液滴加到衬底上，在匀胶机上以1000转旋涂15s得到GQDs薄膜，将初步得到的薄膜置于鼓风干燥箱中180°C固化烘干，即得GQDs薄膜。
【权利要求】
1.一种石墨烯量子点薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: a)将氧化石墨加入到一定量分散剂中，移至内衬为聚四氟乙烯的微波水热反应釜(50mL)中，密封后置于微波辅助水热合成仪中，微波功率为400 W, 200-240 °C下反应90 min,待温度降至室温，取出反应釜，过滤所得滤液为石墨烯量子点在分散剂中的分散液，旋转蒸发除去分散剂，干燥后即得粉末状石墨烯量子点； b)将石墨烯量子点溶于蒸馏水中，配制成溶液，将溶液滴加到蒸有基层薄膜PEDOT:PSS(2)的衬底(3)上，在匀胶机上旋涂初步得到GQDs薄膜，将旋涂好的薄膜置于鼓风干燥箱中烘干固化，即得最后的GQDs薄膜(I)。
2.根据权利要求1所述的分散剂为二甲基亚砜(DMS0)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇或丙三醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯量子点溶液的浓度为0.5%-3%。
4.根据权利要求1所述的旋涂速率为1000-3000r/min，旋涂时间为10 s_30s。
5.根据权利要求1所述的衬底为Si衬底，ITO衬底或玻璃衬底。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨是以改进的Hummers法制备的；具体步骤为:取2g石墨粉和2 g硝酸锂于烧杯中，冰浴条件下加入100 mL 98%的浓硫酸，缓慢加入12 g的高锰酸钾，在不同温度下搅拌反应一段时间，溶液变为棕色，加入400 mL蒸馏水稀释，缓慢加入适量30%的双氧水，得到亮黄色溶液(G0)，趁热过滤，滤饼用NaOH溶液洗涤，将pH调至7-8，以稀HCl调至中性，离心得到沉淀，在烘箱中以40-50 °C干燥48 h得到氧化石墨。
【文档编号】C01B31/04GK104291321SQ201410362988
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】王丽娟, 邹凤君, 都昊, 李一平 申请人:长春工业大学