[发明专利]采用脱氧核糖核酸为前驱体合成石墨烯量子点的方法

说明书

本发明提供了一种采用脱氧核糖核酸(DNA)为前驱体合成石墨烯量子点(GQDs)的方法。合成过程仅以DNA和去离子水为原料，不添加任何其它化学试剂，在高压水热釜中按一定比例混合脱氧核糖核酸和去离子水反应后，产物用高速离心机离心分离得到上层清液即石墨烯量子点水溶液。用DNA为前驱体制备的石墨烯量子点具有良好的分散性和稳定性，粒径分布均匀，具有优异的荧光特性，有望应用于生物细胞成像。本发明的合成方法简单、绿色，所得到的GQDs产品质量高。

技术领域

本发明涉及采用脱氧核糖核酸为前驱体合成石墨烯量子点的新方法，属于纳米材料领域。更具体指仅以DNA与去离子水为原料，不添加其他氧化剂合成GQDs的绿色方法，所得到的GQDs具有良好的分散性和稳定性，粒径分布均匀，具有优异的荧光特性，有望应用于生物细胞成像。

背景技术

英国科学家在2004年首次制备了由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯, 其厚度只有0.3354 nm，是目前世界上发现最薄的材料。由于石墨烯超大的平面共轭结构，石墨烯中的π电子具有显著的离域效应。因此，较大二维尺寸的石墨烯片具有零带隙的半金属材料特性，这限制了石墨烯在光电器件和半导体等领域的应用。如何打开石墨烯带隙，将其从半金属材料转变成半导体材料，是亟待解决的重大问题。目前，打开石墨烯带隙的方法主要有两种，一种是对石墨烯进行化学掺杂以破坏其π电子共轭体系。另外一种是基于量子效应，将石墨烯切割成纳米带、纳米筛或石墨烯量子点（GQDs）。GQDs是近年来颇为热门的一种新型碳材料，具有多种引人关注的性质，比如光致发光可调、生物相容性良好和光稳定性优异等等，在生物医学、光电、能源或传感器等相关领域具有良好的应用前景。石墨烯量子点的合成通常需要将石墨烯、氧化石墨烯、碳纤维等含碳前体材料“切”得更小，所用方法包括化学氧化、水热或溶剂热处理等，需要强酸、强氧化剂等较为苛刻的条件，环境风险和健康风险较高，显然不符合“绿色化学”的发展趋势。而且，这些方法所用原材料成本较高、不易获得，所得产品含酸或金属残留，需要较为复杂的后处理步骤。同时，这些方法或者原料所制备的GQDs其质量较低。因此，寻找新的碳源或新的绿色方法制备出品质较高的GQDs引起了各国学者的广泛关注。

发明内容

针对上述技术问题，本发明方法创造性地将DNA用作GQDs的含碳前驱体。只用GQDs和去离子水，通过水热反应一锅法高效地制备了GQDs。反应无需强酸和氧化剂，没有涉及任何金属试剂，所得产物除石墨烯量子点之外，仅包括水和碳化物沉淀，后处理极为方便。

本发明的技术方案仅以脱氧核糖核酸和去离子水为原料，在高压水热釜中混合二者反应后，产物用高速离心机分离即可得到石墨烯量子水溶液。

本发明的所述的采用脱氧核糖核酸为前驱体合成的石墨烯量子点，平均粒径为1.89nm，制备的石墨烯量子点的紫外吸收在201nm与260nm有特征峰。

采用脱氧核糖核酸为前驱体合成石墨烯量子点的方法，包括如下步骤：

（1）在容器内加入脱氧核糖核酸，再加入去离子水，搅拌分散至完全溶解，

得到脱氧核糖核酸溶液；

（2）将步骤（1）中得到的脱氧核糖核酸溶液加入高压水热釜，高压反应得

到棕黄色物料；

（3）将步骤（2）中得到的棕黄色物料经离心，分离出的上层棕黄色透明液体，即为GQDs的水溶液。

所述的步骤（1）中去离子水与脱氧核糖核酸的质量比为25 ~ 150：10 ~ 25。

所述的脱氧核糖核酸取自鱼精。

所述的步骤（2）中的压力为8-10Mpa以内，升温至150-250℃，水热反应2-15h。

所述的步骤（3）中离心分离转速为3000-15000r/min。