成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種制備石墨烯量子點(diǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯量子點(diǎn)作為一種新型量子點(diǎn)，吸引大量的研究者。由于其顯著的量子限域和邊緣效應(yīng)，呈現(xiàn)出大量不同尋常的光學(xué)，電學(xué)等性質(zhì)，在很多領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用性，目前合成石墨烯量子點(diǎn)的方法可以分為兩類:自上而下和自下而上法。因自上熱下法原料豐富，操作相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。但此類方法中一個(gè)普遍缺點(diǎn)是產(chǎn)量小，如利用石墨粉通過(guò)氧化法、溶劑熱法或氣相沉積法都很難達(dá)到較高的產(chǎn)率，從而限制了石墨烯量子點(diǎn)的大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備量子點(diǎn)的方法產(chǎn)量小的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法。
[0004]成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法如下:
[0005]一、將0.02?2g的芳香族化合物加入到3?320mL質(zhì)量濃度為56%的硝酸中，在轉(zhuǎn)速為300?600rpm攪拌條件下，加熱至70?100度，加熱I?20小時(shí)，冷卻至室溫，加入20?100mL水，用微孔纖維素濾膜過(guò)濾，并用水將產(chǎn)物洗滌至中性，在60度下干燥，得到黃色粉末(0.03 ?4g);
[0006]二、將步驟一得到的黃色粉末(0.03?4g)加入到6?600mL濃度為0.2?1.5mol/L的堿性物質(zhì)中，在100?500W的超聲中處理4?12小時(shí)，然后倒入10?100mL聚四氟乙烯為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封，在200度下加熱10小時(shí)，待其自然冷卻至室溫后，用微孔纖維素濾膜過(guò)濾，取濾液倒入透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液為中性，收集透析袋內(nèi)的溶液，在-50度下凍干干燥，得到石墨烯量子點(diǎn)(0.012?1.2g黑色粉末)；
[0007]步驟二中所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氨水或肼。
[0008]本發(fā)明制備的石墨烯量子點(diǎn)在水中分散很好。采用本發(fā)明方法制備得到的材料為石墨烯量子點(diǎn)。尺寸分布為I?2nm，并且均勻分散在水中，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。本發(fā)明的方法制得的石墨烯量子點(diǎn)最高熒光量子產(chǎn)率為16%，并且其熒光發(fā)射波長(zhǎng)與加入堿性物質(zhì)的類型有關(guān)。
[0009]本發(fā)明先將萘硝基化，隨后在堿性溶液中水熱處理形成石墨烯量子點(diǎn)。該量子點(diǎn)尺寸小且易于分散，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，隨原料的加入量增加，產(chǎn)物的產(chǎn)量也相應(yīng)地增加，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，條件溫和，有利于未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是實(shí)驗(yàn)一制備的石墨烯量子點(diǎn)的照片；
[0011]圖2是實(shí)驗(yàn)四制備的石墨烯量子點(diǎn)的透射電鏡圖；
[0012]圖3是實(shí)驗(yàn)一制備的石墨烯量子點(diǎn)的紫外-可見吸收譜圖和用360nm激發(fā)的熒光發(fā)射譜圖；
[0013]圖4是實(shí)驗(yàn)一制備的石墨烯量子點(diǎn)的紅外譜圖；
[0014]圖5是實(shí)驗(yàn)四制備的石墨烯量子點(diǎn)的紫外-可見吸收譜圖和用360nm激發(fā)的熒光發(fā)射譜圖；
[0015]圖6是實(shí)驗(yàn)四制備的石墨烯量子點(diǎn)的紅外譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法如下:
[0018]一、將0.02?2g的芳香族化合物加入到3?320mL質(zhì)量濃度為56%的硝酸中，在轉(zhuǎn)速為300?600rpm攪拌條件下，加熱至70?100度，加熱I?20小時(shí)，冷卻至室溫，加入20?100mL水，用微孔纖維素濾膜過(guò)濾，并用水將產(chǎn)物洗滌至中性，在60度下干燥，得到黃色粉末；
[0019]二、將步驟一得到的黃色粉末加入到6?600mL濃度為0.2?1.5mol/L的堿性物質(zhì)中，在100?500W的超聲中處理4?12小時(shí)，然后倒入10?100mL聚四氟乙烯為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封，在200度下加熱10小時(shí)，待其自然冷卻至室溫后，用微孔纖維素濾膜過(guò)濾，取濾液倒入透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液為中性，收集透析袋內(nèi)的溶液，在-50度下凍干干燥，得到石墨烯量子點(diǎn)；
[0020]步驟二中所述堿性物質(zhì)為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氨水或肼。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中所述芳香族化合物為萘、蒽或芘。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是步驟一中所述微孔纖維素濾膜孔尺寸為0.22μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一或二之一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟一中和步驟二中所述水為去離子水或超純水。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟一中加熱至80?90度，加熱5?15小時(shí)。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟二中所述微孔纖維素濾膜孔尺寸為0.22μηι。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟二中所述透析袋分子量為3500Da。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是步驟二中所述堿性物質(zhì)的濃度為0.5?lmol/L。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是步驟二中所述堿性物質(zhì)的濃度為0.8mol/L。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同的是步驟二中在200?400W的超聲中處理5?10小時(shí)。其它與【具體實(shí)施方式】一至九之一相同。
[0030]采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果:
[0031]實(shí)驗(yàn)一:
[0032]成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法:
[0033]一、將0.254g的萘加入到32mL質(zhì)量濃度為56%的硝酸中，在轉(zhuǎn)速為450rpm攪拌條件下，加熱至80度，加熱12小時(shí)。冷卻至室溫后，加入200mL水，用0.22um的微孔纖維素濾膜過(guò)濾，并用水將產(chǎn)物洗滌至中性，在60度下干燥，得到0.357g的黃色粉末。
[0034]二、將步驟一的黃色粉末0.17g加入到60mL濃度為0.2mol/L的氫氧化鈉溶液中，在300W的超聲中處理8小時(shí)，全部倒入10mL聚四氟乙烯為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，密封，在200度下加熱10小時(shí)。待其自然冷卻至室溫后，用0.22um的微孔纖維素濾膜過(guò)濾，取其濾液，倒入分子量為3500Da的透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液為中性。收集透析袋內(nèi)的溶液，在-50度下凍干干燥，得到0.12g黑色粉末。
[0035]從圖1照片可以看出，在高濃度下，溶液依然透明，表明石墨烯量子點(diǎn)在水中分散很好。
[0036]本實(shí)驗(yàn)方法制得的石墨烯量子點(diǎn)高熒光量子產(chǎn)率為12%。
[0037]實(shí)驗(yàn)二:
[0038]成級(jí)別增長(zhǎng)制備石墨烯量子點(diǎn)的方法: