[发明专利]一种水溶性双色氟化石墨烯量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化石墨烯量子点的制备技术，特别涉及一种水溶性良好和化学性质稳定的双色氟化石墨烯量子点制备技术。

背景技术

近十年以来，石墨烯以其优异的光、电、热、力学性能在科学界和工业界均表现出极具前景的研究和应用价值。而石墨烯的带隙可以通过化学修饰或者减小其尺寸而打开，更极大地推动了石墨烯步入实际应用阶段。将石墨烯的尺寸缩小到10nm以下形成的石墨烯量子点，不但表现出稳定的荧光、较高的比表面积以及能隙可调等优点，而且具有较低的细胞毒性、优异的生物相容性，这些性质使得石墨烯量子点在光电器件、生物传感及成像等方面极具应用前景。（参见：L-L. Li, J. Ji, R. Fei, C-Z. Wang, Q. Lu, J-R. Zhang, et al. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2971; J. Shen, Y. Zhu, X. Yang, C. Li. Chem.Comm. 2012, 48, 3686.）另一方面，如果能将氟原子引入到石墨烯量子点上，不但能调节其表面化学键的取向和极性，更能诱导产生生物响应。例如，将氟原子引入药物当中，不但能增强生物体的代谢稳定性还可以加强药物与目标蛋白的相互作用（参见：M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Nat. Biotechnol. 2005, 23, 47; K. Müller, C. Faeh, F. Diederich, Science 2007, 317, 1881.）。同时近期研究还发现，氟引入到石墨烯中可以促进干细胞的增殖和分化（参见：Y. Wang, W. C. Lee, K. K. Manga, P. K. Ang, J. L. Yan, P. Liu, C. T. Lim, K. P. Loh, Adv. Mater. 2012, 24, 4285）。因此，如果能制备出氟化石墨烯量子点，不但能够为深入研究石墨烯量子点发光机制提供有价值的参考，更有望实现氟化石墨烯量子点与生物标记、药物传输以及生物诱导的完美结合。这些潜在的应用价值，使得发展一种简单有效合成氟化石墨烯量子点的方法尤为迫切。

然而，氟元素的引入不但极大提高了材料表面的疏水性，而且使材料表现出更强的惰性。这就令常规制备石墨烯量子点的方法难以简单移植到氟化石墨烯量子点制备当中。因此，氟化石墨烯量子点的制备仍处于起步阶段。目前，仅报道了一种氟化石墨烯量子点制备方法（参见：Q. Feng, Q. Q. Cao, M. Li, F. C. Liu, N. J. Tang，Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 013111）然而该制备方法存在使用剧毒气体、制备步骤繁琐以及量子点尺寸不均等问题。以上问题和困难的存在，限制了氟化石墨烯量子点的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单有效的制备氟化石墨烯量子点的方法,以解决制备成本昂贵、过程复杂、使用剧毒气体以及量子点尺寸不均等问题。

本发明以氟化石墨为原料，经过剥离、改性和回流后制备水溶性良好和化学性质稳定的蓝色与黄色荧光氟化石墨烯量子点。

一种水溶性双色氟化石墨烯量子点的制备方法，其特征在于该方法依次包括氟化石墨烯的制备、改性氟化石墨烯的制备、氟化石墨烯量子点制备三个步骤：

1）氟化石墨烯的制备

将氟化石墨加入到分散剂中，所述的分散试剂选自N-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇以及N,N-二甲基甲酰胺中的一种，加热回流后，超声处理，将上层溶液抽滤、洗涤获得氟化石墨烯；

2）改性氟化石墨烯的制备

将步骤1）中得到的氟化石墨烯加入到由氢氧化钠和氢氧化钾组成的混合碱中，常压170~180^oC加热反应处理至氟化石墨烯颜色变黑；加入溶解量的水溶解之后超声分散，再经抽滤、洗涤、干燥得到改性的氟化石墨烯；

3）氟化石墨烯量子点制备

将改性的氟化石墨烯加入到65%~68wt%浓硝酸和98wt%浓硫酸的混合酸中，超声分散后，在60~70^oC或者70~120^oC下回流24~30小时；将产物加水稀释，用碳酸钠调节pH至8，抽滤后将滤液放入分子量为500~3000Da的透析袋中透析，得到水溶性良好、化学稳定的氟化石墨烯量子点。

在步骤1）中，所述的分散剂和氟化石墨的用量为，每1mL分散剂中加入2~5mg的氟化石墨。

在步骤2）中，所述的混合碱中，氢氧化钠占的质量分数为42~44%。