[发明专利]多荧光氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点，所述多荧光氮掺杂石墨烯量子点为以氨基脲修饰得到的表面具有羟基和氨基的石墨烯量子点。该多荧光氮掺杂石墨烯量子点具有较为均一的粒径，且其在水溶液中能发出蓝、绿、红三种颜色的荧光。本发明还公开了该多荧光氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及纳米发光材料的技术领域。更具体地，涉及一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，石墨烯作为一种零带隙纳米材料，由于其卓越的电子传递能力、优越的导电性和高的比表面，使得其在电化学领域被广泛地关注。这些独特的物理化学性质赋予了石墨烯在催化、电池和超级电容器具有很好的潜在应用价值。然而，由于石墨烯是一种零带隙半导体材料，使得其在生物成像和光电子领域受到一定的限制。此外，其疏水性和一定的生物毒性也阻碍了其在生物和药学领域的应用。

为了使石墨烯具有能带间隙，石墨烯量子点已经逐渐被越来越多的学者们关注，并且展现出期待的性能，包括良好的生物相容性、优越的化学稳定性和高的荧光性能。研究表明石墨烯量子点所具有的明显光学发光性能是由于量子尺寸效应、边缘和缺陷影响造成。同时，石墨烯量子点表现出来的低毒性和水溶性是由于量子尺寸效应和其表面修饰含氧官能团导致。因此，考虑到这些独特的物理化学特征，石墨烯量子点已经被广泛地应用在催化、打印油墨、生物传感、生物成像和载药等领域。

到现在为止，越来越多的研究者们致力于探索不同种合成石墨烯量子点的方法，主要分为自上而下和自下而上。自下而上的策略主要是基于小分子碳合成得到，该方法可以得到形貌易于控制和均匀分散的石墨烯量子点。相反，自上而下的方法是基于剪切大的碳材料而获得，该方法的优点在于绿色环保、简单和反应过程时间短等。虽然目前已经由大量的报道是关于石墨烯量子点，但是其仍然面临巨大的挑战。一方面，苛刻的反应条件，例如强酸的大量使用，处理时间过长，成本高，制备工艺复杂等，这些都限制石墨烯量子点的快速合成。其次，由于低信噪比和荧光发射波长较短，使得单色荧光(一般为蓝光)的石墨烯量子点在分析检测和生物成像等领域已经不具有吸引力。相反，由于背景的低带宽干扰和，多通道检测和多色荧光成像具有较高的信噪比。然而，迄今为止，关于合成多色荧光的石墨烯量子点的工作相对较少。

因此，需要提供一种简单的方法用于制备可以覆盖全可见光谱的多光致发光的石墨烯量子点，以解决上述存在的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点，该多荧光氮掺杂石墨烯量子点具有较为均一的粒径，且其在水溶液中能分别发出蓝、绿、红三种颜色的荧光。

本发明的第二个目的在于提供一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，通过该方法制备得到的多荧光氮掺杂石墨烯量子点粒径均一，在水溶液中能分别发出蓝、绿、红三种颜色的荧光。

本发明的第三个目的在于提供一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点的应用。

为达到上述第一个目的，本发明提供一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点，所述多荧光氮掺杂石墨烯量子点为以氨基脲修饰得到的表面具有羟基和氨基的石墨烯量子点。

优选地，所述石墨烯量子点平均粒径在20nm，且粒径均匀。

为达到上述第二个目的，本发明提供一种多荧光氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)以石墨棒为阴极和阳极，以碱性水溶液与氨基脲的混合液为电解液，进行电解，待石墨棒的表面层膨胀后，再继续电解至反应充分；

2)将电解后的电解液离心分离，得固体粉末，对得到的固体粉末进一步进行分离提纯，得所述多荧光氮掺杂石墨烯量子点。

该制备方法中，选择以石墨棒为原料，以碱性水溶液与氨基脲的混合液作为电解液，对得到的量子点的性能具有很大的影响。也即仅在此特定的条件下，才能电解获得本发明的多荧光氮掺杂石墨烯量子点。