[发明专利]一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法、其产品及应用

说明书

本发明公开了一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法、其产品及应用，目的在于解决现有化学切割法制备碳量子点时，往往需要在强腐蚀性介质中，利用强氧化剂对石墨等材料进行长时间氧化，操作条件较为危险，放热严重，不易放大，限制了该方法制备的碳量子点的应用的问题。本发明利用氢氧化钾与氧气在高温下切割氧化石墨烯，得到一种具有高羧基含量的碳量子点，其不需要长时间地在腐蚀性介质中进行氧化操作，使得实验技术的危险性降低，更容易实现大批量生产，显示了更为广阔的应用潜力。本发明提出一种利用强碱刻蚀氧化石墨烯，制备出一种新型碳量子点的方法，并将其应用到了铀酰离子的痕量检测当中，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及化学领域，尤其是碳量子点领域，具体为一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法、其产品及应用。

背景技术

碳点（carbon dots，CD）作为碳纳米材料中重要一员，其具有生物亲和性良好、来源丰富、价格低廉的优点，且具有良好的水溶性和强的荧光性质。因此，碳点在生物成像、生物传感等领域中显示出重要的应用潜力。另外，碳点具有离域的π键，既可以作为电子供体，也可以作为电子受体，这使得碳点能应用于催化、传感、检测等领域。

近年来，关于碳点应用的研究论文层出不穷，显示了其在工业生产和日常生活中的巨大应用潜力。目前，碳量子点的合成主要有Top-down和bottom-up两种合成路径。其中，Top-down路径以石墨、活性炭，碳纳米管等为碳源，利用物理或化学切割的方法，得到小尺寸的碳量子点；而Bottom-up路径则是指将小分子前驱体通过化学反应聚合，得到碳量子点。这两种路径相比，Top-down的可控性强，质量较高，荧光性质更为稳定，具有广阔的应用前景。

目前，化学切割法制备碳量子点时，往往需要在强腐蚀性介质中，利用强氧化剂对石墨等材料进行长时间氧化，以实现碳量子点的制备。其操作条件较为危险，放热严重，不易放大，限制了这种方法制备的碳量子点的应用。

为此，迫切需要新的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有化学切割法制备碳量子点时，往往需要在强腐蚀性介质中，利用强氧化剂对石墨等材料进行长时间氧化，操作条件较为危险，放热严重，不易放大，限制了该方法制备的碳量子点的应用的问题，提供一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法、其产品及应用。本发明利用氢氧化钾与氧气在高温下切割氧化石墨烯，得到一种具有高羧基含量的碳量子点，其不需要长时间地在腐蚀性介质中进行氧化操作，使得实验技术的危险性降低，更容易实现大批量生产，显示了更为广阔的应用潜力。本发明提出一种利用强碱刻蚀氧化石墨烯，制备出一种新型碳量子点的方法，并将其应用到了铀酰离子的痕量检测当中，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法，包括如下步骤：

（1）将石墨粉、浓硫酸和高锰酸钾混合进行氧化反应，得到浆状产物；向所得浆状产物中加入去离子水和双氧水，以还原未反应的高锰酸钾，得到氧化石墨悬浊液；将所得氧化石墨悬浊液过滤，并将所得滤饼进行冷冻干燥，再经粉碎后，得到氧化石墨粉末；

（2）将水和乙醇混合得到第一溶剂，将氢氧化钾溶于第一溶剂中得到第二溶液，再将步骤（1）制备的氧化石墨粉末溶于第二溶液中，得到黑色浆状物；

（3）将步骤（2）所得黑色浆状物烘干，得到第三共混物；

（4）将步骤（3）所得第三共混物置于马弗炉中进行热处理，以实现氢氧化钾的热蚀刻，得到第四黑色固体；

（5）将步骤（4）所得第四黑色固体分散到去离子水中，得到第五悬浊液；将第五悬浊液过滤，并用去离子水洗涤至滤液无色，分别得到第六黑色滤渣、第六滤液；