CN108529604A

CN108529604A - 一种石墨烯量子点的制备方法

Info

Publication number: CN108529604A
Application number: CN201810750891.0A
Authority: CN
Inventors: 朱星群; 段亚凡; 张会婷; 吴琦; 董锦锦; 向斌; 崔旭东
Original assignee: Quanzhou Normal University
Current assignee: Quanzhou Normal University
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2018-09-14

Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及零维石墨烯量子点材料的简单制备方法及其应用。本发明首先制备1,3,6‑三硝基芘，再将其分散在NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中水热反应10 h，温度设为200℃，最后抽滤、透析、干燥，收集获得石墨烯量子点粉体。本发明通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来，并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。本发明方法简单，成本较低，适合大规模生产，应用价值高。

Description

一种石墨烯量子点的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及零维石墨烯量子点材料的简单制备方法。

背景技术

石墨烯量子点的光学特性主要表现在其荧光特性和紫外吸收特性。与传统的荧光材料及其他半导体量子点相比，石墨烯量子点无毒，荧光稳定且强度大，发光寿命长。它有较显著的光谱特性，避免与其他光谱重合，具有较强的抗干扰能力。它的发光光谱会随着尺寸的改变而改变，因此可以通过调节量子点尺寸来调节其荧光特性。石墨烯量子点的制备方法可以分为两大类，即自上而下(top-down )和自下而上(bottom-up) 。自上而下是用化学或物理手段破坏碳碳键，将大尺寸的碳源剪切成小尺寸的量子点，常用方法有水热法、电化学法、化学剥离法、酸氧化法等，特点是纯度较高，适合大规模生产。自下而上是以小分子有机物如多环芳香族化合物为前驱体，通过一系列的化学反应，组装成石墨烯量子点，反应过程中每一步都需要过滤洗涤，操作复杂，但量子点的尺寸容易调控，常见方法有溶液化学法、超声法、微波法等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点的制备方法，本方法通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来，制备石墨烯量子点，并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

以芘为原料制备石墨烯量子点，包括如下步骤：

1)称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中，加入80 ml浓HNO₃进行硝化反应，反应温度为80℃，调节磁力搅拌器转速充分搅拌溶液，反应24 h后冷却至室温。

2)产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释，用0.22 µm水系滤纸抽滤（微孔漏斗型号为G3）过滤掉多余的酸，将滤纸上固体转移至培养皿中，在烘箱里干燥3 h（T=80℃）得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。

3)取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声。取超声之后的溶液80 mL，转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜密封好放入烘箱中水热反应10 h，温度设为200 ℃。

4)待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 um水系滤纸抽滤，收集滤液。滤液用一次性滴管转移至截留分子量为3500的透析袋(使用前用开水煮沸10 min)中，透析袋放进去离子水中透析3-4天，每12小时换一次水，最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。

其中在步骤1)中，硝化反应的硝酸是67vol%的浓硝酸。

其中在步骤3)中，超声破碎所使用的是超声波细胞粉碎机（宁波新芝生物科技股份有限公司，SCIENTZ ⅡD），功率为200W，超声时间为2h。

其中步骤3)中所用反应釜是以聚四氟乙烯为内衬，体积为100ml。

其中步骤2)、4)中抽滤使用的是砂心漏斗和0.22µm微孔滤膜。

本发明的显著优点在于：

本方法通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来，并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。本发明方法简单，成本较低，适合大规模生产，应用价值高。

附图说明

图1 以芘为原料时不同硝化反应时间下石墨烯量子点的XRD谱图；

图2 以芘为原料不同硝化时间下的石墨烯量子点荧光（激发波长为360nm）光谱图；

图3 本发明制备的GQDs的HRTEM图。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中，加入80 ml浓HNO₃进行硝化反应，反应温度为80 ℃，搅拌24 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释，抽滤，干燥3 h（T=80 ℃）得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温，溶液抽滤，收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,，每12小时换一次水，最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。

实施例2

称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中，加入80 ml浓HNO₃进行硝化反应，反应温度为80 ℃，搅拌20 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释，抽滤，干燥3 h（T=80 ℃）得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温，溶液抽滤，收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,，每12小时换一次水，最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。

实施例3

称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中，加入80 ml浓HNO₃进行硝化反应，反应温度为80 ℃，搅拌16 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释，抽滤，干燥3 h（T=80 ℃）得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温，溶液抽滤，收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,，每12小时换一次水，最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。

图1说明了只有硝化时间足够长，反应更加充分，最后得到的产物的纯度更高，XRD谱图显示24小时的硝化反应后最终的量子点没有杂峰；

图2说明了硝化反应时间越长，反应越充分，最终得到的产物石墨烯量子点的荧光越长。荧光光谱图中硝化反应时间最长的24小时的量子点荧光最强；

图3说明了本发明制备出的石墨烯量子点结晶性较好，具有明显的晶格条纹。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：本发明首先制备1,3,6-三硝基芘，再将其分散在NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，最后抽滤、透析、干燥，收集获得石墨烯量子点粉体。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：具体步骤包括：

1)称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中，加入80 ml浓HNO₃进行硝化反应，反应温度为80 ℃，充分搅拌溶液，反应24 h后冷却至室温；

2)产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释，用0.22 µm水系滤纸抽滤过滤掉多余的酸，将滤纸上固体转移至培养皿中，在80 ℃烘箱里干燥3 h，得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘；

3)取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中，用超声波细胞粉碎机超声；取超声之后的溶液80 mL，转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜密封好放入烘箱中水热反应；

4)待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 μm水系滤纸抽滤，收集滤液；滤液用一次性滴管转移至截留分子量为3500的透析袋中，透析袋放进去离子水中透析3-4天，每12小时换一次水，最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：其中在步骤1)中，硝化反应的硝酸是67vol%的浓硝酸。

4.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：其中在步骤3)中，超声功率为200W，超声时间为2h。

5.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：其中步骤3)中所述水热反应具体为水热10 h，温度设为200 ℃。