[发明专利]一种强荧光石墨烯量子点的高效制备方法

说明书

本发明公开了一种强荧光石墨烯量子点的高效制备方法，以芘作为反应物前驱体，以浓硝酸作为硝化剂，首先将芘和浓硝酸按照比例混合，混合液在回流状态下通过水浴加热恒定在60‑80℃低温下进行硝化反应，获得中间产物1，3，6‑三硝基芘；再将中间产物和碱性物质水合肼以一定配比溶于溶剂中进行超声粉碎，得到超声后的悬浮液，然后转移至耐高压反应釜进行水热反应合成具有高量子效率的石墨烯量子点溶液，最后通过抽滤、干燥收集得到石墨烯量子点粉末。该方法制备工艺简单高效、成本低，量子效率高、环保无有害废弃物产生、便于进行大规模生产，有利于石墨烯量子点应用的推广。

技术领域

本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体涉及一种强荧光石墨烯量子点的高效制备方法。

背景技术

石墨烯量子点(GQDs)是一种可达到单原子厚度的准零维材料，由于其准零维特性所呈现出的显著的量子局限效应和边缘效应使其具有许多的独特的热学、电学和光学特性，在过去十多年中吸引了许多国内外研究者的广泛关注。与传统的荧光材料及其他半导体量子点相比，GQDS具有原材料丰富、价格低廉、低毒性、结构稳定、表面易功能化、带隙宽度范围可调、生物相容性好、荧光性能优越等优点。这些特性使得GQDS在微纳光电子器件、太能电池、生物成像、荧光传感等领域具有巨大的应用前景。

目前GQDS的制备方法可以分为两大类，即自上而下(top-down )和自下而上(bottom-up) 。自上而下是用化学或物理手段破坏C=C键，将大尺寸的碳源前驱体剪切成小尺寸的量子点，常用方法有水热法、电化学法、化学剥离法、酸氧化法等；优点是选用的原材料价格低，适合大规模制备，缺点是反应条件苛刻、制备周期长、产率低、产物的表面形态和尺寸不易控制、提纯难度大。自下而上是以小分子有机物如多环芳烃为前驱体，通过一系列的化学反应，合成石墨烯量子点，优点是最终产品形貌和尺寸可控，量子点尺寸均匀，缺点是合成机理复杂，合成产率比较低。本发明采用自下而上法，使用芘为前驱体，水合肼为掺杂剂，通过使用乙醇为溶剂进行水热反应制备石墨烯量子点，具有制备工艺简单高效、成本低、合成产率接近100%、荧光量子效率高等优点。

发明内容

为克服现有制备GQDS方法存在的一些不足，本发明采用自下而上法，提供了一种高效合成具有强荧光特性石墨烯量子点的方法，该方法制备工艺简单高效、成本低，量子效率高、环保无有害废弃物产生、便于进行大规模生产，有利于石墨烯量子点应用的推广。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种强荧光石墨烯量子点的高效制备方法，包括如下步骤：

1）称取1~40g芘放入5L水浴反应釜中，按照硝酸溶液体积和芘重量比例60~100mL:1g加入适量浓HNO₃，设置搅拌器转速为100~200r/min，在60~80℃水浴温度下，硝化反应5~24h，制备中间产物1，3，6-三硝基芘；

2）待冷却至室温后将步骤1）所得反应体系溶液加入5~10倍体积去离子水进行稀释，使用滤膜进行抽滤，去除酸溶液，再用去离子水继续冲洗5-10次去除残余的硝酸，然后将所得固体转移至培养皿中，60~80℃烘烤2-4小时去除水分得到1，3，6-三硝基芘固体；

3）量取适量水合肼加入溶剂中配置体积百分比浓度为1~10%的碱性溶液，之后再取适量步骤2）所得反应物分散在溶液中形成浓度为1~50mg/mL的1，3，6-三硝基芘分散液，然后在超声功率为200~500W条件下超声粉碎0.5~2h获得充分混合的反应物体系溶液；

4）将反应物体系溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，溶液最大体积为反应釜容积的2/3，将反应釜密封好在180~240℃温度下反应5~20h合成石墨烯量子点；

5）冷却至室温后取出反应液，使用滤膜进行抽滤，去除大颗粒杂质，然后将滤液转移至培养皿中，在40-80℃条件下蒸发去除溶剂获得石墨烯量子点。