[发明专利]一种氮硫共掺石墨烯量子点的制备方法

说明书

本发明提出了一种氮和硫共掺杂石墨烯量子点的简单方法。由于掺杂的氮原子和硫原子的协同效应，所得的氮硫共掺石墨烯量子点(N,S‑GQDs)具有高达73％的荧光量子产率(相当于强的蓝色荧光)，以及具有激发不依赖特征。该制备方法使用常见的源材料，成本低，产率高，并且为一步式工艺，因此，对大规模生产具有重要意义，有利于石墨烯量子点的推广应用。在此公开了一种氮硫共掺石墨烯量子点的制备方法，该方法包括加热高压釜中的碳源和含氮硫元素化合物的混合物，该含氮硫化合物可包括L‑半胱氨酸、硫脲、巯基乙胺、谷胱甘肽和甲硫氨酸中的至少一种，该碳源可包括柠檬酸和苹果酸中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯量子点的制备方法，具体涉及一种元素掺杂的石墨烯量子点。该石墨烯量子点共掺杂有氮和硫，上述共掺杂元素引入了一种新类型及高密度的表面态的石墨烯量子点，使得其具有产率高和激发不依赖特征。

背景技术

量子点(QDs)是具有尺寸效应以及光电性质的纳米粒子，其被应用于如节能显示器和照明工具、光伏器件和生物学标记物等应用领域。与其他的荧光(FL)材料(传统的染料或聚合物)相比，量子点具有很多的优点，如荧光强，光稳定性高，以及生物代谢降解中的抗性等。

然而，大多数高性能的量子点受到其重金属元素例如镉的毒性的限制，人们已经对作为半导体量子点的替代的无毒或低毒的荧光材料研发做出了巨大的努力。碳基量子点包括碳纳米颗粒的尺寸小于10nm的碳量子点(CQDs)，和石墨烯纳米片层的尺寸小于100纳米的石墨烯量子点(GQDs)，由于其出色的光学性能，低毒性，良好的生物相容性和强化学惰性而得到特别关注。

荧光碳基量子点的制备方法有很多种，例如电化学氧化工艺，化学氧化法，水热切割法和碳化有机物法等。然而，由于设备昂贵，产率低，或工艺繁琐，大多数制备方法难以令人满意。特别是，与常规的半导体量子点相比，大多数得到的碳基量子点的荧光量子产率(FLQY)较低(通常低于50％)。最近，为得到高荧光量子点提出了掺杂的碳量子点，例如，低聚的聚乙二醇二胺(PEG1500N)分子钝化的硫化锌掺杂的碳量子点在经过凝胶柱分离后的荧光量子产率为78％。然而，高荧光的硫化锌掺杂的碳量子点的制备工艺复杂，而且，硫化锌的化学惰性差严重地限制了碳量子点的广泛应用。

因此，仍需要开发一种易于实现、成本低、产率高的具有强荧光发射性能的石墨烯量子点的制备方法。

发明内容

本申请要求2012年11月29日提交的申请号为61/731274美国临时专利的优先权，特此将其全部内容作为参考。

结合附图，通过本发明的具体细节和实施方案对本发明的实施方式进行详细阐述。上述实施方案的公开程度可保证本领域的技术人员能够实施本发明。还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，在不脱离本发明的范围下可对实施方案做类似推广。各实施方案不一定是相互排斥的，一些实施方案可以与一个或多个其他实施方案相结合，以形成新的实施方案。

本发明公开了一种一步式和高产率的氮硫共掺石墨烯量子点(N,S-GQDs)的制备方法，所述氮硫共掺石墨烯量子点的荧光性能优良。

一方面，氮硫共掺石墨烯量子点的制备方法包括加热高压釜中的碳源和含氮硫化合物的混合物。

石墨烯是由纯碳制成的物质，其原子排列成类似于石墨的正六边形图案，其为单原子层厚度的薄片，它是由sp²杂化的单片层碳原子密集排列形成蜂窝状晶格的碳质材料。

纳米结构是指尺寸在1-100nm(纳米)的物体的结构，更准确地说，纳米结构至少在一个维度上的尺寸小于100nm。本专利公开的石墨烯纳米片层，即石墨烯量子点(GQDs)的尺寸尤其适合小于100nm。

碳源可以是能经热解或裂解形成石墨烯的任何物质，本发明可使用各种低成本且大量的碳源。在各实施方案中，碳源可以包括柠檬酸和苹果酸中的至少一种。在一个具体地实施方案中，碳源可以为柠檬酸。