[发明专利]一种制备石墨烯量子点的方法

说明书

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种制备石墨烯量子点的方法。这种方法可以简单的制备具有稳定荧光的石墨烯量子点，因而在很多领域如光电材料，传感器件，生物监测等领域有着广泛的应用前景。这种方法成本低廉易得，操作简单方便，制备过程容易控制，重现性好，而且制备过程非常环保，没有污染，具有十分重要的应用价值。

背景技术

2005年，Stankovich等人把石墨深度氧化得到氧化石墨，然后把氧化石墨在水中进行超声处理，得到厚度约为1nm的单层氧化石墨片(Stankovich et al.，Stable aqueous dispersions of graphitic nanoplatelets via the reduction of exfoliated graphite oxide in the presence of poly(sodium 4-styrenesulfonate).Journal of Materials Chemistry，16：155)，这就是氧化石墨烯。

荧光量子点代表着一类新兴的具有小的尺寸(一般小于10nm)的离散的纳米材料，它的这种小的尺寸赋予了它强的尺寸限制效应和边缘效应，从而产生了较强的荧光，在太阳能电池、激光、生物传感器等领域有广泛的应用前景。最早的量子点一般由一些过渡金属组成，如镉、硒、碲等，这些过渡金属具有一定的毒性，同时他们的合成工艺也相对复杂，这些缺陷也限制了量子点的应用。因而，使用简单环保的方法合成性能可控的量子点吸引了众多研究者的关注，特别是以碳和硅为基础的量子点。

2010年.Dengyu Pan等人利用氧化石墨烯通过复杂的还原氧化过程后，在水热条件下反应8h后，制备了具有强的荧光性质的石墨烯量子点(Hydrothermal Route for Cutting Graphene Sheets into Blue-Luminescent Graphene Quantum Dots.Advanced Materials.Advanced Materials 22，734)。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备石墨烯量子点的方法。

本发明提出一种简单、方便、环境友好的水热钝化的方法。这种方法通过添加少量的胺类钝化剂在水热的条件下来对氧化石墨烯进行钝化，从而得到具有特殊的荧光性质的石墨烯量子点。

本发明的方法即利用钝化剂在水热条件下与氧化石墨烯表面的羧基、羟基等导致荧光猝灭的官能团进行反应，同时小片的氧化程度高的石墨烯从大片的氧化石墨烯上剥离开来，在水溶液中自组装，形成小的石墨烯量子点，从而发出强的荧光。

本发明的方法具体操作十分简单：只需将分散的氧化石墨烯悬浮液置于水热反应釜中，加入胺类钝化剂，升温反应几个小时后，冷却至室温，再进行过滤，其清液即为具有荧光性质的石墨烯量子点的悬浮液。水热反应的装置在可以使用目前已经商品化的水热反应釜或与此类似的设备。这个操作方法简单不污染环境，在许多领域都有应用。

本发明中，使用的氧化石墨烯悬浮液的浓度在0.5mg/ml到6mg/ml之间。

本发明中，反应的温度控制在150～250℃，反应时间在30min～12h。

本发明中，胺类钝化剂主要是指能在水热反应条件下与石墨烯表面的羧基官能团进行酰胺化反应的的氨和有机胺，以及能在水热反应条件下生成这些胺的物质，包括：氨水(NH₃.H2_O)、苯胺、聚乙烯亚胺(PEI)、三乙胺((C₂H₅)₃N)、氯化铵(NH₃Cl)或N、N-二甲基甲酰胺(DMF)等。

本发明中所提到的胺类钝化剂的量为氧化石墨烯用量的1％到10％之间。

通过本发明制备的石墨烯量子点直接分散在水中，可以直接使用，也可以通过冷冻干燥等方法将其分离成固体之后使用，可广泛的应用于制备复合材料、光15h之间。电器件、激光材料以及生物传感器等。本发明对于石墨烯量子点的实际应用具有一定的价值。

附图说明：

图1：实例一的氨钝化的石墨烯量子点在320nm的荧光发射谱图。

图2：实例一的氨钝化的石墨烯量子点在410nm的荧光激发谱图。

图3：实例一的氨钝化的石墨烯量子点的紫外-可见光吸收光谱图。

图4：石墨烯量子点水分散液直接滴在铜网上，进行TEM观察得到的形貌图。