CN106938842A - 一种热解柠檬酸制备石墨烯量子点的方法 - Google Patents

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Abstract

通过热解柠檬酸制备发蓝光的石墨烯量子点(b‑GQDs)，并进一步水热处理得到蓝绿色荧光量子点(g‑GQDs)。通过紫外可见吸收光谱(UV‑vis)，荧光光谱(PL)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)，X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对制备的GQDs的结构和光学性质进行了表征和测试。

Description

一种热解柠檬酸制备石墨烯量子点的方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料石墨烯量子点(GQDs)的制备领域，涉及一种热解柠檬酸制备石墨烯量子点的方法。
背景技术
石墨烯(graphene)是一种sp2轨道杂化的单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状的碳质新材料，具有比表面积大、导电导热性好、机械强度高，生物相容性好等优点。量子点(quantum dots，QDs)是由II族-VI族或III族-V族元素构成的纳米微晶体，具有独特的光学性能及尺寸效应和荧光寿命长等优点，使其在生物、环境、医学等方面都有广泛的应用前景。石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型的荧光纳米材料，与传统的半导体量子点相比，GQDs具有较好的水溶性，化学惰性、生物相容性以及低毒性且具有石墨烯的结构及边缘效应，使其在生物成像、药物传输、环境检测得到了广泛的应用。例如Dong等GQDs处理人类乳腺癌MCF-7细胞，Wang等利用GQDs对Cu2+进行了检测。
GQDs主要有自上而下(top-down)和自下而上(bottom-up)两种制备方法。通过热解有机前驱体得到GQDs是一种简单、快速和经济的合成方法，目前已有报道使用葡萄糖、柠檬酸等裂解制得GODs。
本实验选用柠檬酸作为前驱体，通过加热裂解得到GQDs，并对其形貌、结构、组成和荧光特性进行研究，然后水热处理得到了发蓝绿色荧光的g-GQDs，并将其与蓝色荧光的b-GQDs进行了对比，研究了温度、时间、pH、溶剂等对GQDs荧光性质的影响，为石墨烯量子点的在重金属离子检测中的应用提供了方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热解柠檬酸制备石墨烯量子点的方法。该方法首先通过热解柠檬酸制备发蓝光的石墨烯量子点(b-GQDs)，并进一步水热处理得到蓝绿色荧光量子点(g-GQDs)。通过紫外可见吸收光谱(UV-vis)，荧光光谱(PL)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)，X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)对制备的GQDs的结构和光学性质进行了表征和测试。
本发明涉及到的热解柠檬酸制备石墨烯量子点的具体过程，包括：
(1)发蓝光GQDs的制备
称取2g柠檬酸于50mL圆底烧瓶中，在200℃时，此时液体变为橘黄色后，停止加热。将上述黄色液体，加入100mL NaOH溶液(10mg mL-1)中，搅拌15min，最后用1∶10的稀硝酸溶液调节pH至中性，然后用透析袋将GQDs进一步透析纯化处理，将得到的滤液进行真空干燥即可得到GQDs固体。
(2)GQDs的水热处理
将上述得到的20mL GQDs水溶液，用NaOH调节至pH＝12后，把上述溶液转移至50mL反应釜中，在180℃下反应12h。
以下将通过具体实施方式的形式再对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下的具体实施方式，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式
实施例1
热解柠檬酸制备石墨烯量子点
称取2g柠檬酸于50mL圆底烧瓶中。过几分钟后柠檬酸开始液化，此时温度大约为145℃，液体为无色，等到温度升到约为180℃时，此时液体为浅黄色。待加热到200℃时，此时液体变为橘黄色后，停止加热。用胶头滴管吸取橘黄色液体，加入100mLNaOH溶液(10mg/mL)中，磁力搅拌15min，最后用稀硝酸(1∶10)调节pH至中性。获得的GQDs溶液置于4℃冰箱中保存备用。为了后续实验表征，采用MWCO为3500的透析袋将GQDs作进一步透析纯化。所得到的滤液进行真空干燥即可得到GQDs固体。
实施例2：
GQDs的水热处理
将上述得到的20mLGQDs水溶液(用NaOH调节至12)加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下反应12h。
实施例3：
产物的测试和表征
将裂解柠檬酸所得的石墨烯量子点在60℃真空烘箱，烘干后测定XRD和XPS 得到的数据如图1，图2所示。
将裂解柠檬酸及水热处理后所得的石墨烯量子点超声分散在二次水中，分别测试其紫外吸收光谱和荧光光谱，如图3，图4所示；其中图3(b)为对应的红外谱图，测试过程要保证样品烘干，用光谱纯KBr压片。
附图说明
图1GQDs的XRD图
图2GQDs的XPS谱图(a)和C1s的高分辨率谱图(b)
图3b-GQDs、g-GQDs和柠檬酸的紫外吸收光谱(a)和红外光谱图(b)
图4b-GQDs的激发与发射光谱(a)；b-GQDs和g-GQDs的荧光激发光谱图(b)；b-GQDs(c)和g-GQDs(d)在不同激发波长下的荧光光谱 。

Claims (4)

1.石墨烯量子点是一种纳米材料，在透射电子显微镜下为球状结构，该纳米材料具有较好的荧光性能。
2.制备石墨烯量子点：称取2g柠檬酸于50mL圆底烧瓶中，在200℃时，此时液体变为橘黄色后，停止加热。将上述黄色液体，加入100mL NaOH溶液(10mgmL-1)中，搅拌15min，最后用1∶10的稀硝酸溶液调节pH至中性，然后用透析袋将GQDs进一步透析纯化处理，将得到的滤液在60℃真空烘箱中真空干燥即可得到GQDs固体。
3.根据权利要求对裂解柠檬酸产生的石墨烯量子点进行透析分离操作，采用MWCO为3500的透析袋将GQDs作进一步透析纯化。
4.为了进一步得到蓝绿色荧光量子点(g-GQDs)，对裂解产生的蓝光石墨烯量子点进行水热处理，水热处理的条件为：取上述20mL GQDs水溶液，用NaOH调节至pH＝12后，把上述溶液转移至50mL反应釜中，在180℃下水热反应12h。
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