CN110607174A - 一种石墨烯碳点的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯碳点的制备方法，将可玻璃化的碳材料分两段式进行升温处理，再制成正极材料进行电解，最后经双氧水刻蚀，得到尺寸在20nm以下、量子荧光效率在30‑60％之间石墨烯碳碳点。本发明以聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青及其工业废料或者对应的工业废品作为原料，合理高效地对工业废料及废品进行重复利用，节能又环保。本发明解决了石墨烯碳点在制备过程的掉渣问题，可以制备得到大量结构可控的石墨烯碳点，而且碳点尺寸可控。本发明制备得到的石墨烯碳点可以应用在细胞标记、荧光聚合物、荧光涂层、溯源检测、损伤鉴定、防腐涂料以及材料分散等方面，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种石墨烯碳点的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯碳点制备方法。
背景技术
与传统的荧光材料及其他半导体碳点相比，石墨烯碳点无毒，荧光稳定且强度大，发光寿命长；而且它有较显著的光谱特性，可以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，因此可以通过调节碳点尺寸来调节其荧光特性。
聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，部分无明显熔点，高绝缘性能，而现在大部分聚酰亚胺工业废料都被当做垃圾治理掉，非常地浪费。但是聚酰亚胺工业废料以及其结构类似物(聚丙烯腈、沥青、可碳化和石墨化树脂及其工业废料或者对应的工业废品)在高温烧结后具有极其显著的sp3和sp2双连续特征(三维导电网络)且sp3环绕sp2特点(二维)，因此可以充分发挥电化学的优势，刻蚀sp3结构，保留sp2结构。本发明以聚酰亚胺工业废料以及其结构类似物(聚丙烯腈、沥青及其工业废料或者对应的工业废品)为原料进行制备石墨烯碳点，不仅能制备出高性能的碳点，而且能实现废物利用、节能环保的目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种石墨烯碳点的制备方法，可以制备得到大量结构可控、尺寸可控的石墨烯碳点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯碳点的制备方法，该方法为：将可玻璃化的碳材料分两段式进行升温处理，并且恒温一段时间，再将产物制作成棒状、片状等电极材料，作为正极进行电解，最后得到分散在电解液中的尺寸在20nm以下、量子荧光效率在30-60％之间的石墨烯碳点。
其中，第一段升温处理的升温速率为1-60℃/min，升温至400-500℃。第二段升温处理的升温速率是1-20℃/min，升温至800-2000℃。升温完成后，恒温维持0.5-6h。
进一步地，电解质为硫酸、硫酸铵、氨水、硫酸钠、氯化铵、硝酸铵中的一种或几种，电解质的浓度为1-30mol/L，电解电压为10V-100V，电解时间为1-24h。
进一步地，可玻璃化的碳材料包括聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青、可碳化和石墨化树脂。
进一步地，在电解结束之后，用质量分数为1-30％的双氧水进行刻蚀以增加分散性，在减少sp3碳结构的同时增加含氧官能团数量，刻蚀时间为0.5-6h。
本发明的有益效果在于，本发明以聚酰亚胺工业废料作为原料，可以重复利用工业废料，而且节能环保。石墨烯碳点的制备问题是掉渣严重，本发明采用两段式升温以及电解的方法来制备，可以完全规避掉渣问题。在玻璃碳高温生长过程中，sp3结构中，sp2结构逐步进行多核生长；在电化学剪切下，sp3碳被剪切，并导致sp3碳环绕的sp2结构脱离玻璃碳本体，得到大尺寸初始石墨烯碳点原料；在后续双氧水强刻蚀作用下，碳点中sp3结构被双氧水逐步刻蚀减少，从而达到sp3数量可控的目的。同时尺度可控，碳点尺寸在20nm以下、厚度在6nm以下、量子荧光效率在30-60％之间。
附图说明
图1为实施例1制备的石墨烯碳点的TEM图；
图2为实施例1制备的石墨烯碳点的荧光效应图；
图3为实施例1制备的石墨烯碳点溶液的宏观形貌图；
图4为实施例1制备的石墨烯碳点的AFM图。
具体实施方式
实施例1：
将聚酰亚胺工业废料以1℃/min的升温速率升温至400℃，再以20℃/min的升温速率升温至2000℃，恒温维持6h；将产物制作成棒状正极材料，浸没在1mol/L硫酸铵电解液中，以100V的电压进行电解，电解24h。
经以上步骤，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用透析去除硫酸铵，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。图1，给出了所制备石墨烯的量子点尺寸，10-20nm之间，而且具有明显的晶格结构。
用紫外光激发石墨烯碳点分散液，该石墨烯碳点分散液呈现蓝色，如图2所示。经过大量的电化学积累，量子点浓度逐步增高，并最终得到大量的高粘度的量子点原料(图3)，经过原子力显微镜证实(图4)，大量制备的石墨烯量子点的尺寸同样有均匀的分布。
实施例2：
将沥青工业废料以60℃/min的升温速率升温至500℃，再以1℃/min的升温速率升温至800℃，恒温维持0.5h；将产物制作成片状正极材料，浸没在氯化铵、氨水(m:m＝1:1)电解液中，电解质浓度30mol/L，以10V的电压进行电解，电解1h；将双氧水滴加到电解后的电解液中，双氧水的最终质量分数为30％，刻蚀6h。
经以上步骤，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发去除氯化铵、氨水和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例3：
将聚丙烯腈工业废料以20℃/min的升温速率升温至450℃，再以15℃/min的升温速率升温至1000℃，恒温维持2.5h；将产物制作成棒状正极材料，浸没在氨水、硝酸铵、氯化铵(m:m:m＝1:1:1)的电解液中，电解质浓度15mol/L，以50V的电压进行电解，电解3h；将双氧水滴加到电解后的电解液中，双氧水的最终质量分数为1％，刻蚀0.5h。
经以上步骤，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发+透析去除氨水、硝酸铵、氯化铵和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例4：
将聚酰亚胺、聚丙烯腈工业废料(m:m＝1:1)以40℃/min的升温速率升温至470℃，再以12℃/min的升温速率升温至1500℃，恒温维持4h；将产物制作成片状正极材料，浸没在20mol/L氯化铵电解液中，以70V的电压进行电解，电解5h；将双氧水滴加到电解后的电解液中，双氧水的最终质量分数为25％，刻蚀3.5h。
经以上步骤，得到石墨烯碳点，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发去除氯化铵和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例5：
将聚酰亚胺工业废料以15℃/min的升温速率升温至500℃，再以19℃/min的升温速率升温至2000℃，恒温维持3.5h；将产物制作成棒状正极材料，浸没在硫酸钠、硫酸铵(m:m＝1:1)电解质溶液中(电解质浓度8mol/L)，以25V的电压进行电解,，电解3.5h；将双氧水滴加到电解后的电解液中，双氧水的最终质量分数为5％，刻蚀5.5h。。
经以上步骤，得到石墨烯碳点，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发+透析去除硫酸钠、硫酸铵和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例6：
将聚酰亚胺工业废料以20℃/min的升温速率升温至400℃，再以10℃/min的升温速率升温至1800℃，恒温维持6h；将产物制作成棒状正极材料，浸没在10mol/L硝酸铵电解液中，以100V的电压进行电解，电解24h。
经以上步骤，得到石墨烯碳点，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发去除硝酸铵和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例7：
将沥青工业废料以40℃/min的升温速率升温至500℃，再以10℃/min的升温速率升温至1400℃，恒温维持0.5h；将产物制作成片状正极材料，浸没在氯化铵、氨水(m:m＝1:1)电解液中，电解质浓度15mol/L，以10V的电压进行电解，电解1h。
经以上步骤，得到石墨烯碳点，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发去除氯化铵、氨水和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
实施例8：
将葡糖糖旋涂在镍板表面，在惰性气体环境中，以40℃/min的升温速率升温至500℃，再以10℃/min的升温速率升温至800℃，恒温维持0.5h；将产物制作成片状正极材料，浸没在氯化铵、氨水(m:m＝1:1)电解液中，电解质浓度15mol/L，以10V的电压进行电解，电解1h。
经以上步骤，得到石墨烯碳点，得到分散在电解液中的石墨烯碳点，利用加热蒸发去除氯化铵、氨水和双氧水，得到石墨烯碳点分散液，具体性能如表1所示。
表1实施例与对比例相关参数与石墨烯碳点性能
从以上实施例可以看出，通过本发明可以有效的利用工业废料并得到碳点。另外，双氧水刻蚀的过程有助于调控石墨烯碳点的尺寸，而且电解越慢，石墨烯碳点的尺寸越小。

Claims (5)

1.一种石墨烯碳点的制备方法，其特征在于：将可玻璃化的碳材料分两段式进行升温处理，并且恒温一段时间，再将产物制作成棒状、片状等电极材料，作为正极进行电解，最后得到分散在电解液中的石墨烯碳点。
其中，第一段升温处理的升温速率为1-60℃/min，升温至400-500℃。第二段升温处理的升温速率是1-20℃/min，升温至800-2000℃。升温完成后，恒温维持0.5-6h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电解质为硫酸、硫酸铵、氨水、硫酸钠、氯化铵、硝酸铵中的一种或几种，电解电压为1V-100V。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可玻璃化的碳材料包括聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青、可碳化和石墨化树脂及其工业废料或者对应的工业废品。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可玻璃化的碳材料包括可在催化条件下实现玻璃化的碳材料，例如，葡萄糖、乙醇等。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电解结束之后，用质量分数为1-30％的双氧水进行刻蚀以增加分散性，在减少sp3碳结构的同时增加含氧官能团数量，刻蚀时间为0.5-6h。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565297A (zh) * 2014-10-13 2016-05-11 徐海波 电化学氧化切割碳纤维尖端面制备的石墨烯量子点及方法
CN109534334A (zh) * 2019-01-31 2019-03-29 清华大学深圳研究生院 石墨烯基电极材料、制备方法及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565297A (zh) * 2014-10-13 2016-05-11 徐海波 电化学氧化切割碳纤维尖端面制备的石墨烯量子点及方法
CN109534334A (zh) * 2019-01-31 2019-03-29 清华大学深圳研究生院 石墨烯基电极材料、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
祖立武: "《化学纤维成型工艺学》", 30 September 2014, 哈尔滨工业大学出版社 *
陈照峰等: "《无机非金属材料学》", 29 February 2016, 西北工业大学出版社 *
高连勋: "《聚酰亚胺纤维》", 31 May 2017, 国防工业出版社 *

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