[发明专利]一种石墨烯量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种石墨烯量子点的制备方法。

背景技术

石墨烯因其独特的物理性质而在纳米技术领域具有众多的、有前途的应用，而引起广泛关注。然而，石墨烯是个零能带隙的半导体，这将限制其电子和光电子应用。由于没有能带隙，纯石墨烯（pristin graphene）是观察不到荧光的。然而，当石墨烯量子点的尺寸小于100纳米，由于量子限域效应和边效应，石墨烯量子点产生能带隙。如果能将石墨烯量子点的尺寸降低到10纳米以下，量子限域效应和边效应这两个效应将更加显著，也将会产生出新的物理性质。由于石墨烯量子点的理化条件下具有生物相容性，石墨烯量子点在生物成像领域中可作为荧光探针。因此，发展单分散性、小尺寸（10纳米以下）的石墨烯量子点的合成方法就显得十分重要。

专利检索显示有五项关于石墨烯量子点的制备方法的申请：

申请号为201110202165的中国专利公开了一种基于光催化氧化的氧化石墨烯量子点的制备方法，该方法将氧化石墨分散于去离子水中，在超声作用下将氧化石墨剥离分散成单层，制成单层氧化石墨烯水溶液；然后在氧化石墨烯溶液加入氧化剂H₂O₂和催化剂Fe³⁺，室温下搅拌的同时，用紫外光辐射混合体系制备氧化石墨烯量子点。与现有技术相比，本发明优点在于制备方法简便快捷，体系简单，可制得大小均一的氧化石墨烯量子点。

申请号为201110109954的中国专利公开了一种紫外光刻蚀干法制备石墨烯量子点的方法，通过将石墨烯溶液旋涂于云母片上，经干燥得到氧化石墨烯／云母薄膜，经紫外光照射后制备得到单层石墨烯的量子点薄膜。本发明以氧化石墨烯为原材料，采用紫外刻蚀并还原法，一步干法制备单层石墨烯量子点。

申请号为201110092085的中国专利公开了一种制备石墨烯量子点的超声波化学制备方法，该方法是在炭黑或石墨粉中加入分散剂，然后在超声波作用下获得石墨烯量子点。获得的石墨烯量子点溶液具有发光、单分散以及兼具水溶性等特点。

申请号为201110159907的中国专利公开了一种水溶性石墨烯量子点的水热制备方法，该方法是在水热反应釜中加入0.01~1.0M多羟基碳水化合物的水溶液，在120~220℃下加热10~600分钟，让糖分子缩水聚合成尺寸为1~10nm的石墨烯量子点而制备得到。本发明的方法制备而得的石墨烯量子点具有水溶性、单分散性、原料来源广泛且廉价、工艺环保、易于批量生产和特殊的光电特性。

申请号为200910187299的中国专利公开了一种具有边界选择性的裁剪石墨烯的方法，该方法采用非金属的氧化硅纳米粒子，在600℃以上的较高温度和含有氢气的气氛下，利用氧化硅纳米粒子与不同边界取向的石墨烯边界间相互作用力的不同，在氧化硅纳米粒子的辅助催化作用下通过石墨烯的氢化反应，实现了氧化硅纳米粒子对石墨烯的边界选择性裁剪，裁剪石墨烯得到的产物为具有规则形状且边界规整的石墨烯纳米带、异质结或量子点，所得石墨烯带宽度、异质结宽度和量子点尺寸为纳米级，且边界具原子级规整度，其取向与纳米粒子的尺寸有关。

利用上述五种石墨烯量子点的制备方法均没有得到更小尺寸的石墨烯量子点，本发明利用微波水热的合成方法制得的石墨烯量子点平均尺寸为2.84纳米，是迄今报道的最小的石墨烯量子点。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯量子点的制备方法。

一种石墨烯量子点的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氧化石墨置于玻璃管中，再将玻璃管置于石英管内，并将石英管置于管式炉中，在氩气气氛下升温至160～200℃，保温2～4小时，之后自然冷却，得到石墨烯片；

（2） 将步骤（1）得到的石墨烯片分散在浓硫酸和浓硝酸的混合溶剂中，超声处理8～10小时，再将超声处理后得到的产物搅拌分散在去离子水中，使其降温，得到含有石墨烯片的分散液；每40mL所述的含有石墨烯片的分散液中，含有50 mg石墨烯片，0-30mL浓硫酸，10-40mL浓硝酸，剩余用去离子水补足到40mL；

（3）过滤步骤（2）得到的含有石墨烯片的分散液，将附着在过滤膜上的固体重新分散在去离子水中，再用氢氧化钠溶液调节pH到8；然后将所述的分散液转入微波反应釜中，在功率为150W，工作频率为40Hz的条件下处理3分钟，自然冷却，用过滤膜过滤后收集滤液；