[发明专利]一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法及其应用，涉及石墨烯量子点技术领域，其技术要点为：包括以下步骤：S1、称取20mg柠檬酸于反应釜中，加入20mL二次水，得到1mg/mL的柠檬酸溶液；S2、向反应釜中加入氨水，将反应釜放入烘箱中,反应釜中的溶液的反应温度为170‑210℃，反应时间为2‑4h，得合成液体，对合成液体进行透析，过夜后即得纯化后的氮掺杂石墨烯量子点N‑GQDs溶液。本发明采用柠檬酸为碳源，氨水为氮源水热法合成氮掺杂的石墨烯量子点，对柠檬酸与氨水的固液比、合成反应时间和合成反应温度进行了改进优化，使得合成的N‑GQDs荧光性能好。发光稳定，且合成的N‑GQDs用于检测水体中的Hg²⁺离子的选择性好；同时，本发明的合成方法成本低廉，合成步骤简单方便。

技术领域

本发明涉及石墨烯量子点合成技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法及其应用。

背景技术

作为石墨烯家族的最新一员，石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)为碳点的一种，具有石墨烯的优良性能。GQDs可以看作由石墨烯进一步“裁剪”得到，相比于易聚沉的石墨烯，GQDs在普通溶剂中具有更优异的分散性和稳定性，这与GQDs具有较小的尺寸且在边缘处含有大量的羧基密切相关。另外，在分子发光方面，GQDs还具有石墨烯所不具备的荧光性能。因具有很好的化学惰性、生物相容性、低毒性等，有望在传感器、生物成像、疾病检测、药物运输、催化剂以及光电器件等各个领域得到应用。

石墨烯量子点(GQDs)及掺杂型石墨烯量子点(Doped-GQDs)作为碳点(C-Dots)的一种，是准零维的碳纳米材料，其粒径一般在10nm左右，除继承了石墨烯水溶性好、表面积大、载流子迁移速率高、机械柔韧性好及光学性能稳定等诸多优良性能之外，由于其尺寸小，还具有显著的量子局限效应和边缘效应。

石墨稀量子点的合成方法一般分为两类：自上而下法和自下而上法。自上而下法是通过物理或化学方法将大尺寸的石墨稀片“裁剪”成小尺寸的石墨烯量子点的方法。主要包括水热法、电化学法、纳米刻蚀法、溶剂热法、微波辅助法等。这类合成方法步骤简单,也是目前用得最多的一类方法。自下而上法则是以小分子为母体通过一系列反应得到石墨稀量子点，这类方法可以对石墨稀量子点的形态和尺寸准确控制。

现有技术中石墨稀量子点的合成方法存在掺杂困难，发光不稳定等问题，且合成步骤繁琐，成本昂贵。因此，本发明旨在设计一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法及其应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法及其应用，本发明采用柠檬酸为碳源，氨水为氮源水热法合成氮掺杂的石墨烯量子点，对柠檬酸与氨水的固液比、合成反应时间和合成反应温度进行了改进优化，使得合成的N-GQDs荧光性能好。发光稳定，且合成的N-GQDs用于检测水体中的Hg²⁺离子的选择性好；同时，本发明的合成方法成本低廉，合成步骤简单方便。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种氮掺杂石墨烯量子点的合成方法，具体包括以下步骤：

S1、称取20mg柠檬酸于反应釜中，并向反应釜中加入20mL二次水，得到1mg/mL的柠檬酸溶液；

S2、向步骤S1中的反应釜中加入氨水，且步骤S1中的柠檬酸与氨水的固液比为20:0-20:1.0，并使氨水与反应釜中的柠檬酸溶液混匀，然后将反应釜放入烘箱中,使反应釜中的溶液在反应温度为170-210℃的条件下进行反应，待反应时间为2-4h后，得合成液体，然后将合成液体进行透析，待其过夜后即得纯化后的氮掺杂石墨烯量子点N-GQDs溶液。

进一步地，步骤S2中所述的柠檬酸与氨水的固液比为20:0.4。

进一步地，步骤S2中所述的反应温度为180℃。

进一步地，步骤S2中所述的反应时间为3h。