[发明专利]一种离子功能化石墨烯量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种离子功能化石墨烯量子点及其制备方法和应用，属于石墨烯量子点领域。本发明提供了一种离子功能化石墨烯量子点的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯量子点溶液和功能剂混合进行功能化，得到所述离子功能化石墨烯量子点，所述功能剂中包括功能化元素，所述功能化元素包括稀土元素和/或ⅢA族元素。本发明稀土元素或ⅢA族元素为功能化元素，功能化后的石墨烯量子点可以在含有重金属离子的环境中维持荧光稳定性，为保持石墨烯量子点的发光稳定性提供了新的策略。

技术领域

本发明涉及石墨烯量子点技术领域，尤其涉及一种离子功能化石墨烯量子点及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的不断发展与进步，人们对信息、显示和传感等各类器件的要求越来越高，包括多功能、小型化、高性能化、智能化和健康监测等。这些要求对材料和器件提出了巨大的挑战，各种新材料、新器件应运而生。特别是20世纪80年代以来，科学家们发现并制备出了具备独特的结构和性质的低维材料(如零维的量子点、二维的石墨烯和石墨炔等新材料)，有望满足未来社会对材料和器件多功能化的要求，因而相关基础研究和应用技术的发展受到全世界人们的高度重视，有望改善人们的生活质量。

然而传统型量子点因含有铬、铅等重金属元素对环境中的生物体有危害，限制了量子点在生物医学和环境监测方面的应用。因此绿色、安全、无污染、便捷廉价的石墨烯量子点逐渐引起人们的注意，这种类型量子点是一类新型的荧光纳米碳材料，具有低毒性、光致发光可调控、光稳定性好、制备成本低廉等特点，其表面含有大量的官能团，经过无机、有机、高分子聚合物及生物活性物质修饰后，具有优良的生物相容性、良好的化学稳定性和电子传输效应，更能满足传感、成像、催化剂、光伏器件和荧光标记等领域的要求。石墨烯量子点的光致发光(PL)对微小的环境检测极为敏感，由于其体积微小，尺寸薄，并且它们可以与分析物密切地相互作用。已经成为极具潜力的新一代生物传感平台。近些年，大量基于石墨烯量子点的发光传感器被开发出来，成为最普遍的光学检测技术之一，已成功应用于化学/生物传感器、细胞成像、光电器件和信息加密等领域。然而，石墨烯量子点和一些重金属离子的相互作用会导致荧光猝灭。石墨烯量子点的发光稳定性因荧光猝灭而受限，导致石墨烯量子点的应用受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离子功能化石墨烯量子点及其制备方法和应用。本发明制得的离子功能化石墨烯量子点能够维持石墨烯量子点在重金属离子环境中荧光发光。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种离子功能化石墨烯量子点的制备方法，包括以下步骤：

将石墨烯量子点溶液和功能剂混合进行功能化，得到所述离子功能化石墨烯量子点，所述功能剂中包括功能化元素，所述功能化元素包括稀土元素和/或ⅢA族元素。

优选地，所述稀土元素包括钪、钇和镧中的一种或多种。

优选地，所述ⅢA族元素包括铝、镓和铟中的一种或多种。

优选地，所述石墨烯量子点溶液的浓度为1～5mg/mL。

优选地，所述混合所得混合液中功能化元素的浓度为10～200mmol/L。

优选地，所述功能化在超声条件下进行。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的离子功能化石墨烯量子点。

本发明还提供了上述技术方案所述的离子功能化石墨烯量子点在检测重金属离子中的应用。

优选地，所述重金属离子包括Fe³⁺、Cu²⁺和Cr³⁺中的一种或多种。

优选地，所述重金属离子的浓度为0～200mmol/L，且所述重金属离子的浓度不为0。