一种利用隐晶石墨大量制备氧化石墨烯量子点的方法与流程

本发明属于材料学领域，具体涉及一种利用隐晶石墨大量制备氧化石墨烯量子点的方法。

背景技术：

量子点是指三维尺寸均在纳米级（在100nm以下），由有限的原子数量组成的纳米材料。因其尺寸较小，具有量子限制效从而拥有一些优异的性能。石墨烯量子点相比于一般的半导体量子点具有生物相容性好、毒性低、容易进行表面修饰等特点，可用于催化、生物标记、电子影像等领域，是目前碳纳米材料领域研究的热点。

目前石墨烯量子点的制备方法较多，如电弧放热法、激光法、电化学氧化法、燃烧热分解法、微波法等等，这些方法往往工艺步骤繁琐，成本较高，碳量子点的收率很低。相比于以上方法，采用氧化石墨烯作为前驱体，再通过还原处理来制备石墨烯量子点的方式更加简单方便。Li等人用微波法制备了石墨烯量子点（Advanced Functional Materials, 2012, 22(14): 2971-2979.），而这种方法对仪器的要求较高，不利于实施；Pan等人（Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(8): 3314-3318.）通过插层法剥离鳞片石墨制备氧化石墨烯，再通过强酸进行化学剪切，高温煅烧还原的方法制备了石墨烯量子点。但过程中需要多次利用强酸，难度大危险系数高；何朋等人（专利号104045076A）则用柠檬酸作为前驱体，通过与浓硫酸共混水热制备了氧化石墨烯量子点，所得样品需要进行超滤、透析、加特殊试剂进行提纯。以上的方法或是对仪器要求高，或是多次利用强酸剪切，或是需要进行后期提纯处理，成本高能耗大，但石墨烯量子点产量都较低。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种利用隐晶石墨大量制备氧化石墨烯量子点的方法，所述的这种氧化石墨烯量子点的制备方法要解决现有技术中的制备氧化石墨烯量子点的方法步骤繁琐、成本高能耗大、石墨烯量子点产量较低的技术问题。

本发明提供了一种利用隐晶石墨大量制备氧化石墨烯量子点的方法，包括以下步骤：

1)按照质量比称取隐晶石墨粉与硝酸钠，隐晶石墨粉与硝酸钠的质量比为5：1～1：5；同时量取硫酸溶液，所述的硫酸溶液的质量百分比浓度为10~98%，硫酸溶液与石墨粉的体积质量比为30～10ml：1g；

2)将石墨粉与硝酸钠、硫酸三相混合超声0.5-3小时，转移至冰水浴，然后搅拌1~3小时；

3)边搅拌边加入高锰酸钾，保持升温；加入的高锰酸钾与石墨粉的质量比为5：1～1：3；

4)滴加去离子水后加热升温；去离子水的加入量和隐晶石墨粉的质量比为20~60：1；

5)加水稀释至原体积2~5倍并加入双氧水，混合搅拌后静置过夜；加入的双氧水和隐晶石墨粉的质量比为1~4:1；

6)倒去上层清液加入盐酸溶液，直至混合均匀，离心清洗直至pH=7；所述的盐酸溶液和隐晶石墨粉的体积质量比为3~5ml：1g；

7)将步骤6）获得的溶液低温超声，离心分离，得到氧化石墨烯量子点。

进一步的，所述的隐晶石墨粉为颗粒状，粒径为1-25微米。。

进一步的，所述的冰水浴温度为0～10℃。

进一步的，所述的高锰酸钾在0.5～2小时内加完，升温至10～90℃。

进一步的，步骤4）中，加入去离子水，升温至10～100℃，保持0.5～3小时。

进一步的，步骤6）中，离心速率在3000r～20000r，离心时间为10-60分钟。

进一步的，步骤7）中，超声温度保持在0～60℃，超声时间为0.5～10小时。

进一步的，所述的双氧水质量百分百浓度为10%～70%。

进一步的，所述盐酸的质量百分比浓度为5%～30%。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的制备原料隐晶石墨廉价易得，制备工艺工艺简单、操作容易，制备出的氧化石墨烯量子点尺寸均一、产量高、质量好，可用于催化、生物标记、电子影像等领域。

附图说明

图1为实施例1中所用隐晶石墨粉的扫描电子显微（SEM）照片。

图2为采用本发明的方法所制备的氧化石墨烯量子点的透射电镜( TEM )照片。

图3为实施例1采用本发明的方法所制备的氧化石墨烯量子点的紫外吸收光谱图和荧光光谱图。

具体实施方式

为了更清楚的说明使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效，以下实施例结合附图对本发明氧化石墨烯量子点的制备方法的具体操作步骤作具体阐述。

实施例1

称取5g隐晶石墨粉和2g硝酸钠与120ml浓硫酸充分超声混合20分钟，转移至冰水浴下恒温搅拌30分钟。向上述溶液中缓慢加入15g高锰酸钾，升温至35℃，磁力搅拌45分钟。缓慢滴加200ml去离子水，升温至98℃，磁力搅拌45分钟。加水稀释，加入10ml双氧水，充分搅拌，静置过夜。倒去上层清液，加入20vt%的盐酸溶液20ml，常温下磁力搅拌30分钟。11000r离心清洗10分钟倒去上层清液，重复清洗直至上层清液pH为7。低温下超声2小时，3000r离心去除未氧化的石墨，离心分层，得到氧化石墨烯量子点，装瓶备用。

在本发明的优选实施例中，优选采用浓硫酸的质量百分比浓度为98%。

进一步的，所述的双氧水质量百分百浓度为10%～70%。

进一步的，所述盐酸的质量百分比浓度为5%～30%。

实施例2

称取1g隐晶石墨粉和0.5g硝酸钠与100ml浓硫酸充分超声混合30分钟，转移至冰水浴下恒温搅拌30分钟。向上述溶液中缓慢加入5g高锰酸钾，升温至60℃，磁力搅拌45分钟。缓慢滴加200ml去离子水，升温至80℃，磁力搅拌45分钟。加水稀释，加入15ml双氧水，充分搅拌，静置过夜。倒去上层清液，加入30vt%的盐酸溶液50ml，常温下磁力搅拌30分钟。11000r离心清洗10分钟倒去上层清液，重复清洗直至上层清液pH为7。低温下超声2小时，3000r离心去除未氧化的石墨，离心分层，得到氧化石墨烯量子点，装瓶备用。

在本发明的优选实施例中，优选采用浓硫酸的质量百分比浓度为98%。

进一步的，所述的双氧水质量百分百浓度为10%～70%。

进一步的，所述盐酸的质量百分比浓度为5%～30%。

实施例3

称取5g隐晶石墨粉和5g硝酸钠与200ml浓硫酸充分超声混合40分钟，转移至冰水浴下恒温搅拌30分钟。向上述溶液中缓慢加入20g高锰酸钾，升温至40℃，磁力搅拌60分钟。缓慢滴加250ml去离子水，升温至100℃，磁力搅拌45分钟。加水稀释，加入20ml双氧水，充分搅拌，静置过夜。倒去上层清液，加入10vt%的盐酸溶液20ml，常温下磁力搅拌30分钟。11000r离心清洗10分钟倒去上层清液，重复清洗直至上层清液pH为7。低温下超声3小时，3000r离心去除未氧化的石墨，离心分层得到氧化石墨烯量子点，装瓶备用。

在本发明的优选实施例中，优选采用浓硫酸的质量百分比浓度为98%。

进一步的，所述的双氧水质量百分百浓度为10%～70%。

进一步的，所述盐酸的质量百分比浓度为5%～30%。

本发明利用隐晶石墨大量制备氧化石墨烯量子点的方法具有工艺简单，条件易实现，原料廉价、容易获得等优点。并且制备得到的氧化石墨烯量子点产量高、尺寸均一。所以，本发明有效克服了现有技术中的各种局限且具有产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。