[发明专利]水溶性的氟含量可控的氟化石墨烯量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟化石墨烯量子点的制备技术，特别涉及一种水溶性良好、氟含量可控和化学性质稳定的氟化石墨烯量子点制备技术。

背景技术

自2004年被发现以来，石墨烯凭借其优异的光、电、热、力学等性能在学术和工业界引起了巨大的研究热潮。而近期的研究发现将石墨烯的尺寸缩小到10nm以下形成的石墨烯量子点（又称零维石墨烯），表现出更加新奇独特的性能。石墨烯量子点除了具有稳定的荧光、较大的比表面积以及可调的能隙等优点外，其在生物学实验中也表现出了较低的细胞毒性、良好的生物相容性等特点，这就使得石墨烯量子点不仅在光电器件领域具有巨大的应用前景，在生物医学领域也具有极大地研究和应用价值（参见：L. L. Li, G. H. Wu, G. H. Yang, J. Peng, J. W. Zhao and J. J. Zhu. Nanoscale, 2013, 5, 4015; J. Shen, Y. Zhu, X. Yang, C. Li. Chem. Comm. 2012, 48, 3686.）。另一方面，研究报道还指出将外来官能团接枝到石墨烯量子点上，不仅对其发光行为产生影响，还将为其在生物成像、载药以及生物传感等领域的应用创造更加有利的条件（参见：L. P.Lin, M. C. Rong, F. Luo, D. M. Chen, Y. R.Wang, X. Chen. Trends in Analy. Chem. 2014, 54, 83; M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Nat. Biotechnol. 2005, 23, 47;）。

既然化学修饰可以赋予石墨烯量子点更加新奇独特的性能，因此如果能将化学性质稳定且具有生物应用价值的官能团引入到石墨烯量子点中，就有望实现石墨烯量子点与生物标记、药物传输以及生物诱导的完美结合。在前期对氟化石墨烯研究的基础上（参见：P. W. Gong, Z. F. Wang, J. Q. Wang, H. G. Wang, Z. P. Li, Z. J. Fan, Y. Xu, X. X Hanand S. R. Yang. J. Mater. Chem., 2012, 22, 16950; P. W. Gong, J. Q. Wang, W. M. Sun, D. Wu, Z. F. Wang, Z. J. Fan, H. G. Wang, X. X. Han and S. R. Yang. Nanoscale, 2014, 6, 3316），我们发现如果能制备出氟化石墨烯量子点，不但能提高其发光强度，而且对于拓展其在电子器件以及生物方面的应用具有较大的研究和利用价值。同时也应该注意到，氟元素的引入不但极大地提高了材料表面的疏水性，而且使材料表现出更强的惰性，这就使得常规制备石墨烯量子点的方法难以简单移植到氟化石墨烯量子点的制备当中（参见：J. Shen, Y. Zhu, X. Yang, C. Li. Chem. Comm. 2012, 48, 3686.）。目前，仅报道了一种氟化石墨烯量子点的制备方法（参见：Q. Feng, Q. Q. Cao, M. Li, F. C. Liu, N. J. Tang，Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 013111），可以说氟化石墨烯量子点的制备还处于起步阶段，对它的应用还面临巨大的挑战。因此，发展一种有效且简单的合成氟化石墨烯量子点的方法，无论是对于科学研究还是实际应用都尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单有效的制备氟化石墨烯量子点的方法，实现氟化石墨烯量子点的可控制备，并且解决制备过程复杂、成本昂贵、使用剧毒气体以及量子点尺寸不均匀等难题。

本发明以氟化石墨为原料，经过碱处理和超声后制备水溶性良好、氟含量可调以及化学性质稳定的蓝色荧光氟化石墨烯量子点。

一种水溶性氟含量可控的氟化石墨烯量子点的制备方法，其特征在于该方法依次包括碱处理氟化石墨和超声制备氟化石墨烯量子点两个步骤：

1）碱处理氟化石墨

将氟化石墨加入到由氢氧化钠和氢氧化钾组成的混合碱中，常压下170~180^oC加热反应处理至氟化石墨颜色变黑；加入溶解量的水溶解之后超声分散，再经抽滤、洗涤、干燥得到碱处理的氟化石墨；

2）超声制备氟化石墨烯量子点