[发明专利]一种两亲性石墨烯量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种两亲性石墨烯量子点及其制备方法和应用，属于新材料技术领域。所述制备方法，包括：将碳源化合物、可引入亲水基团的化合物、可引入疏水基团的化合物溶于溶剂中得到混合液体，自下而上合成两亲性石墨烯量子点；所述碳源化合物为1,3,6‑三硝基芘，所述可引入亲水基团的化合物为含有氨基、酰胺基、羧基、巯基和羟基中的一种或几种的化合物，所述可引入疏水基团的化合物为含有碳原子数≥6的烷烃基、烯烃基或芳香烃基及氨基、酰胺基、羧基、巯基、磺酸基或羟基的化合物。本发明制备两亲性石墨烯量子点的一步法简单易操作，合成性能优异的两亲性石墨烯量子点，在与水互不相容的两相体系中可形成稳定的油包水反相乳液体系。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种两亲性石墨烯量子点及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯量子点(GQDs)集量子限域效应、尺寸效应及边界效应于一体，还兼具良好的生物相容性、优异的发光性能和带隙可调等优势，在发光材料与器件、荧光防伪、生命成像、化学与生物传感等众多领域具有潜在应用前景。

然而，现有技术中合成的石墨烯量子点多为亲水性石墨烯量子点，或为亲油性石墨烯量子点，导致其只能溶于单一性溶剂中且不具备表界面效应。两亲性石墨烯量子点兼具亲水基团和亲油基团，在极性和非极性溶剂中均有一定溶解度，并具有独特的表界面性质。与小分子型两亲性分子(分子型表面活性剂，每分子含单个亲水、疏水基团)相比，两亲性石墨烯量子点为粒子型表面活性剂，具有比表面积高、含多个亲疏水基团，具有更强的乳化、浸润等表界面性质，可作为活性界面材料促进乳化、浸润、分散、界面聚合及催化等过程。

与现有研究中基于功能化二氧化硅、二氧化钛纳米颗粒、磷酸锆纳米颗粒和聚合物颗粒等两亲性纳米材料相比，石墨烯量子点合成成本低，易于大量合成。与小分子型两亲性分子类似，两亲性石墨烯量子点具有自组装性能，可有效降低干态GQDs团聚导致的荧光猝灭，有利于提高GQDs的干态荧光稳定性。伴随着化石能源的逐渐减少，从石油化工产品合成两亲性小分子逐渐受到限制，于是成本低的两亲性石墨烯量子点有望在乳液聚合、界面催化、荧光防伪等领域显示巨大的应用前景。

然而，目前仅有的为数不多的两亲性石墨烯量子点的报道，均采用对已有石墨烯量子点进行进一步两亲性改性，方法复杂，且作为粒子型表面活性剂只能形成水包油的正向乳液体系。上述问题，大大限制了石墨烯量子点的应用范围。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一步法直接合成两亲性石墨烯量子点的制备方法，制得的两亲性石墨烯量子点在与水互不相容的两相体系中形成稳定的乳液体系。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种两亲性石墨烯量子点的制备方法，包括：将碳源化合物、可引入亲水基团的化合物和可引入疏水基团的化合物溶于溶剂中得到混合液体，自下而上合成两亲性石墨烯量子点；所述碳源化合物为1,3,6-三硝基芘，所述可引入亲水基团的化合物为含有氨基、酰胺基、羧基、巯基和羟基中的一种或几种的化合物，所述可引入疏水基团的化合物为含有碳原子数≥6的烷烃基、烯烃基或芳香烃基及氨基、酰胺基、羧基、巯基、磺酸基或羟基的化合物。

本发明利用1,3,6-三硝基芘的化学反应性在制备石墨烯量子点的同时引入亲水基团和亲油基团。1,3,6-三硝基芘具有类似石墨烯的母核结构，在高热高压条件下硝基可离去，产生碳正离子，氨基、酰胺基、羧基、巯基、磺酸基和羟基等富电子的亲水基团通过与碳正离子结合而与1,3,6-三硝基芘的母核连接。

所述自下而上合成的方法为水热法、溶剂热法或微波法。1,3,6-三硝基芘在水热、溶剂热等反应条件下可脱出硝基。所述水热、溶剂热的反应温度为180～200℃，所述微波的功率为200～800W。所述溶剂包括水、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、二乙胺、三乙胺。