一种硼量子点、及其稳定化处理方法和应用与流程

本发明属于功能材料技术领域，涉及硼量子点技术，具体涉及一种硼量子点、及其稳定化处理方法和用。

背景技术：

硼量子点是一种新型的硼纳米材料，在光催化、光传感、荧光成像和中子俘获治疗、新能源等领域具有重要的研究意义，并在生物、医学、储能器件、新型半导体器件等领域具备潜在应用价值。

目前用于制备硼纳米结构的方法主要集中于磁控溅射法、化学气相沉积法、超高真空分子束外延法。中国专利201910555713.7中公开了一种在室温、常压条件下，利用高能超声破碎辅助液相剥离工艺制得高产率硼量子点的制备方法，具体是以硼粉作为制备荧光硼量子点的硼源，有机溶剂异丙醇、四氢呋喃作为双驱动化学刻蚀剂，采用高能超声破碎辅助液相剥离法制得硼量子点，所得硼量子点可以作为二次电池负极材料（硼的理论储锂容量为12395mahg⁻¹）和硼中子俘获治疗的含硼药物，具有大规模生产的潜力和广阔的商业应用前景。然而该方法所制备的硼量子点仅能稳定存在于有机溶液，一旦暴露于空气中，硼量子点极大地储锂性能和生物活性将会急剧降低，极大地限制了硼量子点的应用。

为了解决上述方法制备硼量子点所存在的上述问题，本发明提出了一种可以稳定化硼量子点的处理方法，实现了硼量子点从液相中完全剥离，以固相形成存在的目的。

技术实现要素：

本发明是为了解决硼量子点难以稳定存在于空气中这一技术问题，而提供了一种硼量子点，及其稳定化处理方法和应用，将硼量子点从液相转移到了固相中，制得了稳定化硼量子点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硼量子点，一种硼量子点，是将分散在液相中的硼量子点加入至碳纳米管与石墨烯溶液中，超声破碎后、离心收集沉淀物，经冷冻干燥、高温热处理后得到的。

本发明还提供了一种硼量子点稳定化处理方法，步骤为：

（1）将分散在液相中的浓度为15～50mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为5～15mg/ml的碳纳米管和石墨烯溶液中，制得混合液；

（2）将混合液搅拌，超声破碎，以8000～10000rpm的离心速率离心20～40min，收集沉淀物；

（3）将沉淀物冷冻干燥，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，500～1000℃，保温2～5h，便使硼量子点稳定存在于碳纳米管和石墨烯中。

进一步地，步骤（1）所述的硼量子点溶液为异丙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺，或者三者以任意比例为溶剂的混合物。

步骤（1）所述的碳纳米管为多壁碳纳米管、石墨化羧基多壁碳纳米管、石墨化多壁碳纳米管，或者三者以任意比例的混合物。

步骤（1）所述的石墨烯为单层氧化石墨烯、单层石墨烯，或者两者以任意比例的混合物。

步骤（3）所述的冷冻干燥的温度为-52～-48℃，时间为10～24h。

更进一步地，本发明还公开了上述硼量子点在制备锂离子电池负极材料中的应用。

本发明将硼量子点溶液加入碳纳米管和石墨烯溶液，改善碳纳米管和石墨烯作为电极材料的充放电性能，同时也可以使硼量子点稳定存在于碳纳米管和石墨烯中，具体是将硼量子点溶液加入碳纳米管和石墨烯溶液中，超声破碎可打开碳纳米管和石墨烯的结构，从而能促进硼量子点的加入，冷冻干燥是将沉淀物直接由固态直接变成气态，然后经高温处理除去杂质，且促使硼量子点在高温条件下与碳纳米管和石墨烯可以更好的结合，本发明公开了将硼量子点溶液加入碳纳米管和石墨烯溶液中可以改善碳纳米管和石墨烯作为电极材料的充放电性能，同时也可以使硼量子点稳定存在于碳纳米管和石墨烯中。

为了验证本发明的效果，将步骤（4）制得的硼量子点掺杂单层氧化石墨烯和单层氧化石墨烯进行tem图测试，结果如图2所示，从图2的tem图可以明显的看出硼量子点已经掺入单层氧化石墨烯，说明硼量子点已经稳定存在于固相中；将掺有硼量子的碳纳米管和石墨烯的混合物进行了充放电性能的测试，并分别与石墨化羧基多壁碳纳米管，单层氧化石墨烯的首圈充放电图进行比较，结果如图3所示，由图3可以发现当硼量子点稳定的存在于碳纳米管和石墨烯中时，他们相比于单纯的碳纳米管和石墨烯充放电容量明显增加，储锂性能得到显著改善。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）解决了硼量子点难以稳定存在于空气中这一难题，得到稳定的硼量子点复合材料；

（2）使硼量子点稳定的存在于碳纳米管和石墨烯中时，从而将碳纳米管和石墨烯的储锂性能得到极大的改善。

附图说明

图1为硼量子点稳定化的过程；

图2是单层氧化石墨烯和硼量子点掺杂单层氧化石墨烯的tem图；

图3是石墨化羧基多壁碳纳米管，单层氧化石墨烯，硼量子点掺杂石墨化羧基多壁碳纳米管，硼量子点掺杂单层氧化石墨烯的首圈充放电比较图。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

（1）将分散在液相中的浓度为15mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为5～15mg/ml的碳纳米管和石墨烯溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声破碎后以8000rpm的离心速率离心20min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-52℃，持续时间为10h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度500℃，保温2h，便使硼量子点稳定存在于碳纳米管和石墨烯中。

其中上述硼量子点稳定化的流程框图如图1所示，将液相的硼量子点溶液加入碳纳米管和石墨烯溶液，经过搅拌、超声离心、冷冻干燥、高温处理，即可获得稳定化的硼量子点。

实施例2

（1）将分散在液相中的浓度为50mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为15mg/ml的石墨化羧基多壁碳纳米管溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声分散后以10000rpm的离心速率离心40min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-48℃，持续时间为24h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度1000℃，保温5h，便使硼量子点稳定存在于石墨化多壁碳纳米管中。

实施例3

（1）将分散在液相中的浓度为30mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为10mg/ml的石墨化羧基多壁碳纳米管溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声分散后以9000rpm的离心速率离心30min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-50℃，持续时间为18h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度800℃，保温3h，便使硼量子点稳定存在于石墨化多壁碳纳米管中。

实施例4

（1）将分散在液相中的浓度为15mg/ml/的硼量子点溶液加入至浓度为5mg/ml的单层氧化石墨烯溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声分散后以8000rpm的离心速率离心20min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-52℃，持续时间为10h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度500℃，保温2h，便使硼量子点稳定存在于单层氧化石墨烯中。

实施例5

（1）将分散在液相中的浓度为50mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为15mg/ml的单层氧华石墨烯溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声分散后以10000rpm的离心速率离心40min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-48℃，持续时间为24h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度1000℃，保温5h，便使硼量子点稳定存在于单层氧化石墨烯中。

实施例6

（1）将分散在液相中的浓度为30mg/ml的硼量子点溶液加入至浓度为10mg/ml的单层氧华石墨烯溶液中；

（2）将步骤（1）中的溶液经过搅拌，超声分散后以9000rpm的离心速率离心30min得到沉淀物；

（3）将步骤（2）中的沉淀物冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-50℃，持续时间为18h，制得复合硼量子点样品；

（4）将步骤（3）冷冻干燥后的样品在惰性环境下高温处理，最高温度800℃，保温3h，便使硼量子点稳定存在于单层氧化石墨烯中。