[发明专利]一种两亲性石墨烯量子点材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种两亲性石墨烯量子点材料及其制备方法，及基于其的荧光编码防伪墨水和制备方法。使用疏水性的柠檬酸酯为碳源，并使用亲水性的氨基醇为氮掺杂剂，通过碳化处理，制备同时具有疏水性酯基与亲水性醇羟基边缘基团的两亲性石墨烯量子点材料。制备所得两亲性石墨烯量子点材料具有高荧光量子产率和良好的光、热及化学稳定性，并可分散于多种极性和非极性溶剂。在一定条件下，这种两亲性石墨烯量子点材料可在溶液和固体表面形成聚集体，其荧光发射也从单峰转变为多峰。调控两亲性石墨烯量子点材料的聚集程度和聚集状态，可使其位于不同波长的荧光发射强度也发生相应变化，实现基于荧光强度比值的荧光编码标记。

【技术领域】

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种两亲性石墨烯量子点材料及其制备方法，及基于其的荧光编码防伪墨水和制备方法。

【背景技术】

荧光防伪标记技术利用荧光材料在紫外线照射下产生的荧光发射实现防伪标记，与水印、激光、变色油墨等防伪技术相比，荧光防伪标记在可见光照射下透明，几乎不影响物品原有外观，而在紫外光照射下呈现明亮的荧光，具有较高的可读性，并可与丝网印刷、喷墨打印等技术结合，实现荧光防伪与图案、二维码等防伪技术的复合，进一步提高防伪效果，已被广泛应用于钱币、票据、商标和商品包装等领域。现有的荧光防伪材料与防伪技术，仍存在着荧光标记稳定性差、荧光发色单一的不足，只能通过荧光发光的图案和颜色鉴别荧光防伪标记，仍存在着被仿制的可能，为了进一步提高荧光防伪标记的安全性，需要对荧光标记的光谱信息做出定量调控。

石墨烯量子点是一类准零维纳米材料，由直径小于100纳米，单层或2-3层碳原子的石墨烯纳米片及其边缘基团构成的。石墨烯量子点材料具有纳米尺度的微小尺寸，并具有良好的光、热及化学稳定性，通过对石墨烯量子点尺寸、元素掺杂和边缘基团的调控，可获得具有高量子产率和可调荧光发射波长的荧光材料，已被成功应用于生物成像、荧光分析和光电材料等领域。石墨烯量子点材料的荧光发射特性也受到其分散介质和团聚状态的影响，现有石墨烯量子点材料的荧光可能因其团聚而发生一定程度的红移，并且其荧光量子产率也随着材料的团聚而大幅降低。

目前，石墨烯量子点材料的制备策略可分为“自上而下”和“自下而上”两类，“自上而下”方法通过氧化和超声、加热处理分解大块碳材料，经分离纯化得到石墨烯量子点，此类方法需要耗用大量强酸和多种化学溶剂。“自下而上”方法则以小分子或聚合物为原料，通过高温碳化处理，获得石墨烯量子点，通过碳化前驱体原料选择和碳化过程的调控，可制备具有特定结构和发光特性的石墨烯量子点材料。然而，利用现有方法制备获得的石墨烯量子点材料，其边缘基团主要为羧基，特定边缘基团的修饰仍需要较多反应步骤，产率较低，而且难以实现多种边缘基团的同时修饰，这影响了石墨烯量子点材料在多种溶剂中的溶解及分散状态的有效调控，也限制了石墨烯量子点聚集体在荧光编码防伪技术中的应用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种两亲性石墨烯量子点材料及其制备方法，及基于其的荧光编码防伪墨水和制备方法；以解决其制备过程繁琐，产率低，制备出来的产物难以溶于多种溶剂中，限制了石墨烯量子点聚集体在荧光编码防伪技术中应用的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种两亲性石墨烯量子点材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，混合碳源和氮掺杂剂，形成混合物，加热混合物，混合物碳化转变为棕黑色产物，得到两亲性石墨烯量子点材料的粗产物；所述碳源为柠檬酸酯，所述氮源为氨基醇；

步骤2，冷却两亲性石墨烯量子点材料的粗产物，将冷却后的两亲性石墨烯量子点材料的粗产物分散在分散溶剂中，得到均匀的两亲性石墨烯量子点材料分散液A；

步骤3，在石墨烯量子点分散液A中加入反溶剂，得到沉析产物，将沉析产物离心分离，将离心产物再次分散在分散溶剂中，得到均匀的两亲性石墨烯量子点分散液B；