[发明专利]一种石墨烯量子点的制备方法及应用和包含其的器件或装置

说明书

本发明提供了一种石墨烯量子点的制备方法及应用和包含其的器件或装置。本发明制备方法包括：将鳞片石墨与浓硫酸反应后，加入硝酸盐和高锰酸钾继续反应，反应体系加水稀释后，加入双氧水，所得沉淀物为石墨烯量子点。本发明制备方法相较于传统水热方法而言，所需反应时间大大缩短，且无需高温反应，降低了反应的操作难度和危险性；同时，本发明制备方法所需试剂用量少，后处理步骤简便，适于规模化生产石墨烯量子点。

技术领域

本发明涉及炭基材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯量子点的制备方法及应用和包含其的器件或装置。

背景技术

作为石墨烯家族的最新一员，零维石墨烯量子点(Graphene quantum dot，GQDs)除了具有普通石墨烯材料的优异性能外，由于其尺寸在10nm以下，因而具有更强的量子限域效应和边界效应，并能够展现出一系列新的特性。石墨烯量子点在太阳能光电器件、生物医药、发光二极管和传感器等领域有着更为广阔的应用前景。

GQDs近年来逐渐成为各领域科学家关注的热点，但其发展还处于起步阶段，合成工艺也只是近两三年才开始进行深入研究。GQDs的合成方法主要有水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等。水热法是制备GQDs中较常用的一种方法，其工艺一般分三步:将氧化石墨烯(GO)真空热还原为石墨烯纳米片(Graphene nanosheets，GNSs)，再在浓硫酸和浓硝酸中氧化GNSs，氧化后的GNSs在水热环境下还原，得到石墨烯量子点。

相较于其他合成方法而言，水热法制备石墨烯量子点的产率较高。然而，水热法的不足之处在于，该方法是基于原材料GO及其还原产物进行的，这不仅需要氧化大量的石墨粉末以得到GO，同时还需要进行一系列复杂的氧化还原反应，而且还原过程通常也需添加大量的试剂并耗费数天时间。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种石墨烯量子点的制备方法，本发明制备方法中，以鳞片石墨为原料，无需进行氧化石墨烯还原等步骤，能够有效缩短反应时间、减少反应试剂的使用。

本发明的第二目的在于提供一种由本发明制备方法所得到的石墨烯量子点。

本发明的第三目的在于提供一种本发明石墨烯量子点的应用，以及包含本发明石墨烯量子点的器件或装置。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种石墨烯量子点的制备方法，包括：将鳞片石墨与浓硫酸反应后，加入硝酸盐和高锰酸钾继续反应，反应体系加水稀释后，加入双氧水，所得沉淀物为石墨烯量子点；优选的，所述硝酸盐包括硝酸钾和硝酸钠中的至少一种。

优选的，本发明制备方法中，鳞片石墨的质量克数与浓硫酸的体积毫升数之比为(0.8-2)：50；以及/或者，鳞片石墨与浓硫酸的反应时间为25-35min。

优选的，本发明制备方法中，鳞片石墨与硝酸盐的质量克数之比为(0.8-2)：(1-2)；以及/或者，鳞片石墨与高锰酸钾的质量克数之比为(0.8-2)：(5-8)。

优选的，本发明制备方法中，所述加入硝酸盐和高锰酸钾继续反应包括：在冰浴条件下，加入硝酸盐和高锰酸钾反应，然后转移至水浴中进行反应；更优选的，高锰酸钾为分批次加料。

优选的，本发明制备方法中，在冰浴条件下的反应时间为1-3h；以及/或者，水浴的温度为30-40℃，水浴中进行反应的时间为12-24h。

优选的，本发明制备方法中，所述反应体系加水稀释包括：在冰浴条件下，对反应体系进行一次加水稀释，加热反应后，进行二次加水稀释；更优选的，一次加水稀释所用水的体积毫升数与浓硫酸的体积毫升数之比为(1.1-1.5)：1；更优选的，二次加水稀释所用水的体积毫升数与浓硫酸的体积毫升数之比为(1-1.2)：1。