成级别增长制备石墨烯量子点的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳材料科学领域，特别涉及一种制备石墨烯量子点的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯量子点作为一种新型量子点，吸引大量的研究者。由于其显著的量子限域和边缘效应，呈现出大量不同寻常的光学，电学等性质，在很多领域有潜在的应用性，目前合成石墨烯量子点的方法可以分为两类:自上而下和自下而上法。因自上热下法原料丰富，操作相对简单等优点而被广泛使用。但此类方法中一个普遍缺点是产量小，如利用石墨粉通过氧化法、溶剂热法或气相沉积法都很难达到较高的产率，从而限制了石墨烯量子点的大规模应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有制备量子点的方法产量小的技术问题，提供了一种成级别增长制备石墨烯量子点的方法。
[0004]成级别增长制备石墨烯量子点的方法如下:
[0005]一、将0.02?2g的芳香族化合物加入到3?320mL质量浓度为56%的硝酸中，在转速为300?600rpm搅拌条件下，加热至70?100度，加热I?20小时，冷却至室温，加入20?100mL水，用微孔纤维素滤膜过滤，并用水将产物洗涤至中性，在60度下干燥，得到黄色粉末(0.03 ?4g);
[0006]二、将步骤一得到的黄色粉末(0.03?4g)加入到6?600mL浓度为0.2?1.5mol/L的碱性物质中，在100?500W的超声中处理4?12小时，然后倒入10?100mL聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封，在200度下加热10小时，待其自然冷却至室温后，用微孔纤维素滤膜过滤，取滤液倒入透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液为中性，收集透析袋内的溶液，在-50度下冻干干燥，得到石墨烯量子点(0.012?1.2g黑色粉末)；
[0007]步骤二中所述碱性物质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水或肼。
[0008]本发明制备的石墨烯量子点在水中分散很好。采用本发明方法制备得到的材料为石墨烯量子点。尺寸分布为I?2nm，并且均匀分散在水中，无团聚现象。本发明的方法制得的石墨烯量子点最高荧光量子产率为16%，并且其荧光发射波长与加入碱性物质的类型有关。
[0009]本发明先将萘硝基化，随后在碱性溶液中水热处理形成石墨烯量子点。该量子点尺寸小且易于分散，无团聚现象，随原料的加入量增加，产物的产量也相应地增加，本发明方法简单，条件温和，有利于未来大规模生产和应用。
【附图说明】
[0010]图1是实验一制备的石墨烯量子点的照片；
[0011]图2是实验四制备的石墨烯量子点的透射电镜图；
[0012]图3是实验一制备的石墨烯量子点的紫外-可见吸收谱图和用360nm激发的荧光发射谱图；
[0013]图4是实验一制备的石墨烯量子点的红外谱图；
[0014]图5是实验四制备的石墨烯量子点的紫外-可见吸收谱图和用360nm激发的荧光发射谱图；
[0015]图6是实验四制备的石墨烯量子点的红外谱图。
【具体实施方式】
[0016]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0017]【具体实施方式】一:本实施方式成级别增长制备石墨烯量子点的方法如下:
[0018]一、将0.02?2g的芳香族化合物加入到3?320mL质量浓度为56%的硝酸中，在转速为300?600rpm搅拌条件下，加热至70?100度，加热I?20小时，冷却至室温，加入20?100mL水，用微孔纤维素滤膜过滤，并用水将产物洗涤至中性，在60度下干燥，得到黄色粉末；
[0019]二、将步骤一得到的黄色粉末加入到6?600mL浓度为0.2?1.5mol/L的碱性物质中，在100?500W的超声中处理4?12小时，然后倒入10?100mL聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封，在200度下加热10小时，待其自然冷却至室温后，用微孔纤维素滤膜过滤，取滤液倒入透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液为中性，收集透析袋内的溶液，在-50度下冻干干燥，得到石墨烯量子点；
[0020]步骤二中所述碱性物质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水或肼。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤一中所述芳香族化合物为萘、蒽或芘。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是步骤一中所述微孔纤维素滤膜孔尺寸为0.22μηι。其它与【具体实施方式】一或二之一相同。
[0023]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一中和步骤二中所述水为去离子水或超纯水。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0024]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤一中加热至80?90度，加热5?15小时。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0025]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是步骤二中所述微孔纤维素滤膜孔尺寸为0.22μηι。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0026]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是步骤二中所述透析袋分子量为3500Da。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0027]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是步骤二中所述碱性物质的浓度为0.5?lmol/L。其它与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0028]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是步骤二中所述碱性物质的浓度为0.8mol/L。其它与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0029]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是步骤二中在200?400W的超声中处理5?10小时。其它与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0030]采用下述实验验证本发明效果:
[0031]实验一:
[0032]成级别增长制备石墨烯量子点的方法:
[0033]一、将0.254g的萘加入到32mL质量浓度为56%的硝酸中，在转速为450rpm搅拌条件下，加热至80度，加热12小时。冷却至室温后，加入200mL水，用0.22um的微孔纤维素滤膜过滤，并用水将产物洗涤至中性，在60度下干燥，得到0.357g的黄色粉末。
[0034]二、将步骤一的黄色粉末0.17g加入到60mL浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液中，在300W的超声中处理8小时，全部倒入10mL聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，密封，在200度下加热10小时。待其自然冷却至室温后，用0.22um的微孔纤维素滤膜过滤，取其滤液，倒入分子量为3500Da的透析袋中，在IL水中透析2天，直至溶液为中性。收集透析袋内的溶液，在-50度下冻干干燥，得到0.12g黑色粉末。
[0035]从图1照片可以看出，在高浓度下，溶液依然透明，表明石墨烯量子点在水中分散很好。
[0036]本实验方法制得的石墨烯量子点高荧光量子产率为12%。
[0037]实验二:
[0038]成级别增长制备石墨烯量子点的方法: