CN108675279B - 一种具有荧光泡囊结构纳米粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有荧光泡囊结构纳米粒子的制备方法，该方法包括：a)将石墨粉和碳酸钾一起放在研钵中研磨使得它们充分混合均匀，将混合物加入到含有小球的球磨罐中进行球磨，然后再加入去离子水，搅拌，取溶液并离心除去碳酸钾得到掺杂有羧基的石墨固体沉淀；再把固体沉淀加入到氢氧化钾溶液中，再次球磨取出溶液，把溶液的pH值调到中性。离心除去沉淀得到石墨烯溶液；b)将制备得到的石墨烯溶液进行干燥，取干燥后的石墨烯与硝酸钾和硝酸钠固体在研钵中研磨充分，然后在马弗炉中煅烧，在得到的固体中加入蒸馏水，超声，然后减压抽滤，得到具有荧光性能的泡囊结构纳米粒子。本发明操作简单，成本低廉，所制得的粒子具有良好的荧光性能。

Description

一种具有荧光泡囊结构纳米粒子的制备方法
技术领域
本发明涉及化学合成材料技术领域，具体地说是通过熔盐氧化的方法，把石墨烯在熔盐中进行氧化作用来制备具有荧光性能且为泡囊结构的纳米粒子。
背景技术
碳量子点(CQDs)是最近发现的一类横向尺寸小于100 nm的零维碳纳米粒子。与传统半导体量子点相比，它们具有化学惰性、易于生产、耐光漂、细胞毒性低、生物相容性好等优点，在传感器、生物成像、光电子器件等方面具有广阔的应用前景。此外，与石墨烯类似，CQDs具有比表面积大、直径大、利用π-π共轭网络或表面基团进行精细表面接枝等特殊物理特性。此外，它们边缘的羧基和羟基使它们能够表现出优异的水溶性和适合于各种有机、无机、聚合或生物物种的连续功能化，可应用在不同领域。
目前，制备CQDs的方法已经有许多种，如水热法，电化学法和电子束刻蚀法等方法。其中水热法用到了强氧化性的酸而使得制备过程比较危险，同时处理反应所产生的废液比较繁琐。电化学法制备得到CQDs要进行除杂，比如得到的CQDs溶液含有多种复杂粒子，为得到纯CQDs要不断纯化处理。电子束刻蚀法制备CQDs成本高，产量低。
发明内容
本发明的目的是通过熔盐氧化的方法，制备一种具有特殊结构的纳米粒子，且该粒子具有荧光性能。该方法以石墨，碳酸钾，氢氧化钠，硝酸钾和硝酸钠为原料，经过熔盐氧化作用，得到了泡囊结构的纳米粒子，该粒子具有良好的荧光性能。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种具有荧光泡囊结构纳米粒子的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将石墨粉和碳酸钾一起放在研钵中研磨30~60 min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，石墨粉与碳酸钾的质量比为1:10；将混合均匀的混合物加入到含有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300~400 rpm转速球磨20~40h，然后再加入去离子水，搅拌，取溶液并且进行离心3000~5000rpm，10~30 min除去碳酸钾得到掺杂有羧基的石墨固体沉淀；再把固体沉淀加入到3~5 mol/L的氢氧化钾溶液中；所加掺杂有羧基的石墨固体与氢氧化钾溶液质量之别为1:100~200；
继续加入到含有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300~400 rpm转速球磨30~40 h；取出溶液，把溶液的pH值调到中性；再进行离心3000~ 5000rpm，60~120min；除去沉淀，得到石墨烯溶液；
步骤2：把制备得到的石墨烯溶液进行干燥，取出干燥后的石墨烯固体与硝酸钾和硝酸钠固体在研钵中研磨充分，其中，石墨烯与硝酸钠和硝酸钾质量之比为=0.2~1: 1: 1；然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧1~5 h，在得到的固体中加入蒸馏水，所加蒸馏水的质量与固体质量之比为10~50 :1，超声，然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液即为所述具有荧光泡囊结构纳米粒子。
本发明的有益效果
（1）通过熔盐氧化的方法制备得到了具有特殊泡囊结构的纳米粒子。
（2）制备得到的粒子具有良好的荧光性能。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的泡囊结构粒子溶液的紫外可见吸收光谱图；
图2为本发明实施例1得到的泡囊结构粒子的荧光发射光谱图；
图3为本发明实施例1得到的石墨烯和泡囊结构粒子的透射电镜图。
具体实施方式
实施例1
步骤1：先称量0.5g石墨粉（99.95%），再称量5.0g 碳酸钾，一起放在研钵中研磨30min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，然后加入到500ml含有300g半径为2 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，然后再加入离子水，取溶液并且进行离心3000rpm，除去碳酸钾得到固体沉淀，然后在把固体沉淀加入到50ml 5mol/L的KOH溶液中，继续加入到500ml含有300g ，半径为2mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，取出溶液，再进行中和，把溶液的pH值调到中性，再进行离心3000rpm，60min，除去沉淀，得到石墨烯溶液。
步骤2：通过制备得到的石墨烯，干燥后取0.1g与0.3g KNO3和0.3g NaNO3在研钵中研磨充分，然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧3h，在得到的固体加入蒸馏水10ml，超声然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液。
图1表示的是制备得到的泡囊溶液的紫外可见光吸收光谱。图2表示的是泡囊结构粒子溶液分别在365nm, 405nm, 450nm, 500nm,和532nm为激发波长的荧光发射光谱图，可以看出随着激发波长的逐渐增加，其最大荧光强度所对应的波长逐渐增加。图3左图表示在碱性条件下球磨制备得到石墨烯的透射电镜图，右图表示泡囊结构粒子的透射电镜图。
实施例2
步骤1：先称量0.5g石墨粉（99.95%），再称量5.0g 碳酸钾,一起放在研钵中研磨30min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，然后加入到500ml含有300g半径为2 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，然后再加入离子水，取溶液并且进行离心3000rpm，除去碳酸钾得到固体沉淀，然后在把固体沉淀加入到50ml 4 mol/L的KOH溶液中，继续加入到500ml含有300g ，半径为2mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，取出溶液，再进行中和，把溶液的pH值调到中性，再进行离心3000rpm，60min，除去沉淀，得到石墨烯溶液。
步骤2：通过制备得到的石墨烯，干燥后取0.1g与0.1g KNO3和0.1g NaNO3在研钵中研磨充分，然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧3h，在得到的固体加入蒸馏水8 ml，超声然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液。
实施例3
步骤1：先称量0.5g石墨粉（99.95%），再称量5.0g 碳酸钾,一起放在研钵中研磨30min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，然后加入到500ml含有300g半径为2 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，然后再加入离子水，取溶液并且进行离心3000rpm，除去碳酸钾得到固体沉淀，然后在把固体沉淀加入到50ml 5mol/L的KOH溶液中，继续加入到500ml含有300g ，半径为2mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，取出溶液，再进行中和，把溶液的pH值调到中性，再进行离心3000rpm，60min，除去沉淀，得到石墨烯溶液。
步骤2：通过制备得到的石墨烯，干燥后取0.05g与0.2g KNO3和0.2g NaNO3在研钵中研磨充分，然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧5 h，在得到的固体加入蒸馏水10ml，超声然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液。
实施例4
步骤1：先称量0.5g石墨粉（99.95%），再称量5.0g 碳酸钾,一起放在研钵中研磨30min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，然后加入到500ml含有300g半径为2 mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，然后再加入离子水，取溶液并且进行离心3000rpm，除去碳酸钾得到固体沉淀，然后在把固体沉淀加入到100ml 3 mol/L的KOH溶液中，继续加入到500ml含有300g ，半径为2mm ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300rpm转速球磨20h，取出溶液，再进行中和，把溶液的pH值调到中性，再进行离心3000rpm，60min，除去沉淀，得到石墨烯溶液。
步骤2：通过制备得到的石墨烯，干燥后取0.1g与0.5g KNO3和0.5g NaNO3在研钵中研磨充分，然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧5h，在得到的固体加入蒸馏水15ml，超声然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液。

Claims (1)

1.一种具有荧光泡囊结构纳米粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将石墨粉和碳酸钾一起放在研钵中研磨30~60 min，使得石墨粉和碳酸钾充分混合均匀，石墨粉与碳酸钾的质量比为1:10；将混合均匀的混合物加入到含有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300~400 rpm转速球磨20~40h，然后再加入去离子水，搅拌，取溶液并且进行离心3000~5000rpm，10~30 min除去碳酸钾得到掺杂有羧基的石墨固体沉淀；再把固体沉淀加入到3~5 mol/L的氢氧化钾溶液中；所加掺杂有羧基的石墨固体与氢氧化钾溶液质量之别为1:100~200；
继续加入到含有ZrO2小球的聚四氟乙烯罐中，以300~400 rpm转速球磨30~40 h；取出溶液，把溶液的pH值调到中性；再进行离心3000~ 5000rpm，60~120min；除去沉淀，得到石墨烯溶液；
步骤2：把制备得到的石墨烯溶液进行干燥，取出干燥后的石墨烯固体与硝酸钾和硝酸钠固体在研钵中研磨充分，其中，石墨烯与硝酸钠和硝酸钾质量之比为=0.2~1: 1: 1；然后在马弗炉中，温度为250℃条件下煅烧1~5 h，在得到的固体中加入蒸馏水，所加蒸馏水的质量与固体质量之比为10~50 :1，超声，然后减压抽滤，得到颜色为淡黄色的澄清透明溶液即为所述具有荧光泡囊结构纳米粒子。
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