[发明专利]一种在同一电解槽电解制备多色荧光石墨烯量子点的方法

说明书

本发明实现了在同一电解槽电化学实现了制备能发射多色石墨烯量子点，所述制备方法以直流稳压电源为工作电源，以石墨棒(纯度99.999％)为阳极和阴极，在(NH₄)₂S₂O₈水溶液中，采用电化学氧化电解的方法，通过调节电压来实现能发射红色荧光的石墨烯量子点。随后通过控制添加KOH溶液的量,在同一电解槽中实现红光到绿光再到蓝光的调控，所制备的多色石墨烯量子点，可应用于荧光检测，生物传感器，金属离子检测等领域。

技术领域

本发明涉及到一种多色荧光石墨烯量子点的制备方法，具体是指采用电化学的方法在同一电解槽制备能发射不同荧光颜色的石墨烯量子点。该石墨烯量子点可以应用在生物荧光成像、生物荧光标记和金属离子检测等，属于纳米材料制备及应用领域。

背景技术

石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是尺寸在10nm以内，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构。自2010年吴明红课题组第一次通过水热法将石墨烯片剪切得到发蓝光的石墨烯量子点[Adv.Mater.2010,22,734–738.]，它就迅速地吸引了大家的广泛关注。相比于传统的半导体量子点而言，石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应，可表现出独特的光化学特质，如极高的荧光量子产率、较高的光化学稳定性、低毒性和生物兼容性等许多独特的性质，在生物荧光成像方面有着大量的应用，此外其荧光具有激发波长依赖性的作用。同时，由于石墨烯量子点表面含有大量的含氧官能团，赋予了石墨烯量子点优异的水溶性，其表面化学活性基团又可进一步功能化修饰和表面钝化处理(包括有机小分子、高分子聚合物、无机分子及生物分子等)，进一步扩展了其应用领域，可用于光催化、金属离子检测、生物传感器等。

目前，制备石墨烯量子点的合成方法有水热法和电化学法，将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的石墨烯量子点；或者通过溶液化学法、微波法、超声波法将小分子作前驱体通过一系列化学反应制备石墨烯量子点。

从目前的研究情况来看，采用电化学法制备的石墨烯量子点主要以蓝色和绿色荧光为主，而制备红光及多彩荧光的报道较少。Vijayamohanan K.Pillai课题组以碳酸丙烯酯/LiClO₄为电解液，电解处理多壁碳纳米管得到的是能发射蓝光的石墨烯量子点[Chem.Eur.J.2012,18,12522-12528]。王中阳课题在500V高压条件下电解含有邻苯二胺的电解液，自下而上地合成了发绿光的氮掺杂石墨烯量子点[RSC Adv.,2016,6,82648-82653]。范楼珍课题组采用三电极体系循环伏安法在碱性条件下电解石墨棒，随着扫描圈数的增加，实现了从蓝光到黄光的制备，但未实现红光的制备[Acta Chim.Sinica 2014,72,227-232]。杨世和课题组先使用电化学法制备红色荧光石墨烯量子点后，再通过添加H₂O₂进行70℃热处理12h得到蓝色荧光的石墨烯量子点，但是该制备方法同时使用了电化学法和热处理法，且不是在同一电解槽内制备，操作过程复杂[Chem.Commun.,2015,51,2544]。

在同一水溶液体系中制备多色荧光发射石墨烯量子点仍是一个没有得到解决的问题，这在工业生产实际应用非常必要。到目前为止，国内尚无相关专利报道。

发明内容

本发明创新性地在同一电解槽电化学实现了制备能发射多色石墨烯量子点，所述制备方法以直流稳压电源为工作电源，以石墨棒(纯度99.999％)为阳极和阴极，在(NH₄)₂S₂O₈水溶液中，采用电化学氧化电解的方法，通过调节电压来实现能发射红色荧光的石墨烯量子点。随后通过控制添加KOH溶液的量,在同一电解槽中实现红光到绿光再到蓝光的调控，本发明采用以下技术方案：

一种电化学制备荧光石墨烯量子点的方法，所述方法包括如下步骤：