本發(fā)明涉及一種錳摻雜石墨烯量子點的制備方法，具體涉及以糖作為碳源，乙酸錳作為錳元素的摻雜源，去離子水作為溶劑，將上述反應(yīng)物置于恒溫箱中通過水熱反應(yīng)制備得到錳摻雜石墨烯量子點溶液，該方法屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，材料研究領(lǐng)域出現(xiàn)一個較為活躍的研究方向——材料納米化，人們發(fā)現(xiàn)根據(jù)量子限域效應(yīng)或量子尺寸效應(yīng)、邊緣效應(yīng)、隧道效應(yīng)等，半導(dǎo)體材料納米化可實現(xiàn)材料費米能級附近電子能級量子化，進(jìn)而影響半導(dǎo)體材料帶隙。帶隙作為半導(dǎo)體材料的特征，它的改變將使材料的性質(zhì)發(fā)生變化。因此，研究人員對半導(dǎo)體材料進(jìn)行納米化處理，實現(xiàn)半導(dǎo)體材料的光電性能得到優(yōu)化。此外，在合成納米材料的過程中進(jìn)行異質(zhì)元素的摻雜，可在現(xiàn)有納米材料的禁帶中引入新的能級，使得材料電子躍遷模式多樣化，讓半導(dǎo)體納米材料獲得更加獨特、優(yōu)異的光電性能。

石墨烯作為一種零帶隙的二維半導(dǎo)體材料，由于具有電導(dǎo)率高，比表面積大、透光性好、高的載流子遷移率等優(yōu)良的光電特性，成為現(xiàn)階段材料研究的熱點。但由于其帶隙為零，因此限制了它在各個領(lǐng)域的發(fā)展，石墨烯量子點作為一種納米化的石墨烯材料，有效地打開了石墨烯的帶隙，此外，在納米化的過程中對其進(jìn)行摻雜，可進(jìn)一步優(yōu)化石墨烯量子點的光電性能及化學(xué)性能，有利于擴(kuò)展石墨烯材料在發(fā)光器件、光伏器件、生物成像、光催化、光轉(zhuǎn)化、傳感技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

目前，納米材料的制備技術(shù)主要分為兩類：一類是“自上而下”，另外一類是“自下而上”?！白陨隙隆钡姆椒?就是直接把大尺寸材料通過一系列的物理、化學(xué)和電化學(xué)過程切割成為納米尺寸?！白韵露稀钡姆椒?其重點在于化學(xué)合成,是把一些小分子作為前驅(qū)體，通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為納米材料?！白陨隙隆钡姆椒ㄓ捎诰哂兄苽涔に嚭唵?、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，是現(xiàn)階段主要的納米材料制備方法之一。

公布號為cn104150473a（申請?zhí)枮?01410376809.4）的中國專利中，采用氧化石墨作為碳源，甘氨酸作為氮源，在高溫退火條件下制得氮雜石墨烯片，再將深度氧化的氮雜石墨烯片切割成氧化氮雜石墨烯納米片，進(jìn)而采用水熱反應(yīng)的方式制備出氮雜石墨烯量子點。公布號為cn104812697a（申請?zhí)枮?01380059423.4）的中國專利采用一水檸檬酸和l-半胱氨酸溶解于水中，隨后蒸發(fā)干燥，將得到的稠漿放入不銹鋼高壓釜中加熱升溫反應(yīng)三小時，再將產(chǎn)物用氫氧化鈉溶液中和，即得到氮硫共摻雜石墨烯量子點。本發(fā)明的技術(shù)與上述不同，本發(fā)明的技術(shù)涉及一種高效、簡便的一步水熱法制備錳摻雜的石墨烯量子點，產(chǎn)物尺寸均勻、分散性好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有研究中對石墨烯量子點摻雜種類較少，本發(fā)明提出一種簡便、高效的錳元素?fù)诫s石墨烯量子點的制備方法。

本發(fā)明提供了一種簡便、高效的錳摻雜石墨烯量子點的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：第一步，取適量糖和乙酸錳固體加去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙饩鶆?；第二步，將第一步得到的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，恒溫反應(yīng)數(shù)小時；第三步，反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)物冷卻至室溫，取反應(yīng)液用透析袋進(jìn)行透析、純化，即可得到錳摻雜石墨烯量子點溶液。

其中，第一步所述的糖為果糖、葡萄糖或蔗糖中的任意一種，取糖0.5克，乙酸錳0.25克，去離子水40毫升。第二步將配好的溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放置在溫度為170℃的恒溫箱中反應(yīng)，時間為4小時。第三步待反應(yīng)物冷卻到室溫，取出樣品溶液用透析袋透析、純化，透析時間為10~20分鐘，即可收集得到錳摻雜石墨烯量子點溶液。

本發(fā)明的制備工藝與現(xiàn)有制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：1).制備工藝簡單、成本低，兼具批量生產(chǎn)能力。本發(fā)明采用一步法，在水熱合成的過程中同時進(jìn)行摻雜；本發(fā)明所用的反應(yīng)原料均為市場采購，便宜且易得。2).熒光特性。本發(fā)明制備的錳摻雜石墨烯量子點在紫外光照射下能發(fā)熒光。

本發(fā)明采用簡便的一步水熱合成法制備了產(chǎn)率高、分散性好，且具有較強(qiáng)熒光特性的錳摻雜石墨烯量子點，可拓展它在生物成像、熒光標(biāo)記、光催化、太陽電池等領(lǐng)域的應(yīng)用。

附圖說明

圖1是錳摻雜石墨烯量子點溶液的紫外-可見吸收光譜。

圖2是錳摻雜石墨烯量子點溶液的光致發(fā)光譜。

圖3是錳摻雜石墨烯量子點的x射線光電子能譜圖。

圖4是錳摻雜石墨烯量子點的xrd衍射圖。

具體實施例

實施例1：稱取0.5克蔗糖，0.25克乙酸錳，加入40毫升去離子水，待反應(yīng)物充分溶解后將其轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并置于170℃的恒溫箱中加熱4小時。反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，取出樣品溶液，用透析袋對樣品進(jìn)行透析、純化，時間為15分鐘，即可收集得到錳摻雜石墨烯量子點溶液。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種利用水熱法制備錳摻雜石墨烯量子點的方法，包括步驟：1）取一定量的糖和乙酸錳，加去離子水充分?jǐn)嚢枞芙猓?）將配好的溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封、恒溫反應(yīng)數(shù)小時。3）待反應(yīng)液自然冷卻到室溫，取出用透析袋透析、純化，收集溶液即可得到錳摻雜石墨烯量子點。本發(fā)明采用一種極為簡便的低成本制備工藝成功制備得到錳摻雜石墨烯量子點，所得的量子點具有良好的分散性，在紫外燈照射下可發(fā)熒光，有望在生物成像、熒光標(biāo)記、光催化、太陽電池等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：李學(xué)銘;唐利斌;錢福麗;楊培志;馬遜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.01.27
技術(shù)公布日：2017.08.04