CN105502369B - 调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，属于石墨烯功能材料领域。其特征是使用任一方法制备的石墨烯量子点水溶液，利用紫外光和H2O2配合的光化学反应，在不改变石墨烯量子点的尺寸和溶液浓度且不引入杂原子的情况下，提高了石墨烯量子点的荧光量子产率并同时调节其荧光颜色。这种通用、无损的用来提高石墨烯量子点的荧光量子产率并同时调控其荧光颜色的方法，将会拓宽其应用范围。

Description

调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法
技术领域
本发明属于石墨烯功能材料领域，涉及一种石墨烯量子点的后处理方法，具体涉及一种调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法。
背景技术
石墨烯量子点(GQDs),作为一种新型量子点,仅有几个或几十个纳米尺寸的单层或少层石墨稀小片，其独特性质由石墨烯和量子点的性质共同决定，而这种新型量子点展现出一系列新颖的物理化学特性。在诸多特性中，光致发光(PL)性能显得尤为重要，它使GQDs在生物成像、荧光检测、发光二极管等领域有着巨大的潜力。因此，已经有许多工作专注于GQDs的制备及其PL性能的研究。通常，GQDs可通过水热剪切法，电化学氧化法，化学合成，电子束光刻法等方法合成。然而，用以上方法制备的GQDs荧光量子产率较低并且缺乏有效的荧光调节机制，因此限制了其大范围的应用。
为了克服这些困难，许多方法被提出，如：减少非辐射基团，增加GQDs的π共轭结构，在GQDs中引入杂原子等。然而对于GQDs而言，大部分增强PL性能和调节荧光颜色的方法均是在其制备过程中操作。制备完成后，GQDs的荧光性能尤其是荧光颜色就被确定。这意味着荧光颜色主要依赖于制备方法和处理过程，并且在该过程中存在许多难以控制的因素。另外，荧光量子产率和荧光颜色可以用以上方法调节，但是GQDs的尺寸、浓度均会产生变化，并且有些方法还会在GQDs中引入不相关的元素，而这些元素可能会影响其本征特性。
因此，如果能有一种通用、无损的方法来提高GQDs的荧光量子产率并同时调控其荧光颜色，那么这将会拓宽GQDs的应用范围。
发明内容
为了提高GQDs的荧光量子产率同时调节其荧光颜色，并在处理过程中不改变GQDs的尺寸、浓度，也不引入杂原子进入系统中。我们利用紫外光和H2O2配合的光化学反应，成功增强并调节了GQDs的发光性能。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种调节GQDs光致发光性能的后氧化还原处理方法，所述处理方法用常见的发绿色荧光的GQDs水溶液，用紫外灯和H2O2氧化配合，氧化调节其为发黄色荧光，而撤走紫外灯反应一定时间后，发黄色荧光的GQDs发生还原反应转变为蓝色荧光。
所述制备过程包括以下步骤：
步骤1)任一方法制备出发绿色荧光的GQDs水溶液；
步骤2)取出上述步骤1)制备出发绿色荧光的GQDs水溶液，加入H2O2溶液，并进行紫外光照射，利用H2O2加紫外光照的强氧化作用使GQDs氧化，荧光颜色发生红移，得到发黄色强荧光的GQDs水溶液，所述发黄色强荧光的GQDs水溶液；
步骤3)对上述步骤2)得到的发黄色强荧光的GQDs水溶液进行还原处理，即撤走紫外灯照一定时间,得到发蓝色强荧光的GQDs水溶液；
优先地，所述发绿色、黄色、蓝色荧光的GQDs水溶液的吸光范围为200～350nm。
优先地，所述步骤1)中制备的发绿色荧光的GQDs水溶液时，采用电化学循环伏安法制备出棕褐色含有杂质的GQDs水溶液，对其进行透析，得到透明的淡黄色的并发绿色荧光的GQDs水溶液。
优先地，所述电化学循环伏安法是：采用超纯石墨棒为工作电极和对电极，Ag/AgCl作为参比电极，PH＝6.5-7.5的磷酸盐缓冲液作为电解液，所述电化学循环伏安法的电化学参数设置为：循环伏安电压为-5.0-5.0V，循环扫描速率为0.5V/s；对所述棕褐色含有杂质的GQDs水溶液采用截留分子量为3500～14000Da的透析袋进行透析。
优先地，所述步骤2)中采用波长为340-380nm的紫外线照射，照射过程中溶液的荧光颜色由绿色变为亮黄色后，停止照射。
优先地，所述H2O2溶液的质量分数为1％。
优先地，所述步骤2)中GQDs水溶液与H2O2溶度的体积配比关系为25～35:1。
优先地，H2O2与紫外照射的时间为12～24h左右。撤掉紫外灯的还原时间为24～72h左右。
本发明利用紫外光和H2O2配合的光化学反应，在不改变石墨烯量子点的尺寸和溶液浓度且不引入杂原子的情况下，提高了石墨烯量子点的荧光量子产率并同时调节其荧光颜色。这种通用、无损的用来提高石墨烯量子点的荧光量子产率并同时调控其荧光颜色的方法，将会拓宽其应用范围。
附图说明
图1为本发明涉及的一种调节GQDs光致发光性能的后氧化还原处理方法及机理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
所述调节GQDs光致发光性能的后氧化还原处理过程，首先制备GQDs水溶液。例如采用电化学循环伏安法制备所述GQDs水溶液，所述电化学循环伏安法采用超纯石墨棒为工作电极和对电极，Ag/AgCl作为参比电极，所述工作电极、对电极及参比电极置于PBS(磷酸盐)缓冲液中，所述PBS缓冲液作为电解液，所述PBS缓冲液的PH＝6.5-7.5。电化学参数设置：循环伏安电压为-5.0～5.0V，循环扫描速率为0.5V/s，循环伏安圈数129600。利用电化学循环伏安法制备过程中，首先产生棕褐色液体，所述棕褐色液体是带有杂质的GQDs水溶液，对所述棕褐色液体进行透析，采用截留分子量为3500～14000Da的透析袋进行透析，透析时间在5～9天，每隔8个小时换一次去离子水，最终得到透明的淡黄色水溶液，所述透明的淡黄色的水溶液为满足要求的GQDs水溶液。
利用满足要求的所述GQDs水溶液进行后氧化还原处理，首先取一定量的所述GQDs水溶液，加入一定量质量分数为1％的H2O2溶液，GQDs水溶液与H2O2溶液的体积关系为25～35:1。在后处理的过程中，H2O2与紫外光照充当氧化剂，将GQDs氧化，使其荧光颜色红移得到发黄色荧光并且发光强度增强的GQDs。当撤走紫外灯照，H2O2充当还原剂，使GQDs发生还原，使荧光颜色蓝移得到发蓝色荧光并且荧光强度更大的GQDs。如此，该氧化还原处理的方法在增强GQDs发光强度的同时，调节了其荧光颜色，不仅没有改变其浓度、尺寸，也没有引入其他无关的杂原子。
实施方式一
电化学循环伏安法制备水溶性石墨烯量子点：将高纯石墨棒同时作为工作电极和对电极，Ag/AgCl作参比电极，浓度为0.1mol/L,PH＝7的磷酸盐缓冲液(PBS)作为电解液，循环伏安电压-5到+5V,扫描速率0.5V/s，扫描圈数129600。将得到的棕色水溶液用220nm的水系过滤头进行过滤，然后用截留分子量为3500Da的透析袋进行透析，除去多余的离子，透析时间为一周，隔8小时换一次去离子水。
取6mL上述制备的GQDs水溶液，加入240μL质量分数为1％的H2O2溶液，磁力搅拌1分钟混合均匀后，用波长为365nm的紫外光照射24个小时，后溶液的荧光颜色由绿色变为亮黄色后，停止照射。此时，得到发黄色强光的GQDs溶液。之后撤掉紫外灯24h，发黄色强光的GQDs溶液转变为发蓝色强光的GQDs溶液。
实施方式二
电化学循环伏安法制备水溶性石墨烯量子点：将高纯石墨棒同时作为工作电极和对电极，Ag/AgCl作参比电极，浓度为0.1mol/L,PH＝7的磷酸盐缓冲液(PBS)作为电解液，循环伏安电压-5到+5V,扫描速率0.5V/s，扫描圈数129600。将得到的棕色水溶液用220nm的水系过滤头进行过滤，然后用截留分子量为3500Da的透析袋进行透析，除去多余的离子，透析时间为一周，隔8小时换一次去离子水。
取6mL上述制备的GQDs水溶液，加入180μL质量分数为1％的H2O2溶液，磁力搅拌1分钟混合均匀后，用波长为365nm的紫外光照射12个小时，后溶液的荧光颜色由绿色变为亮黄色后，停止照射。此时，得到发黄色强光的GQDs溶液。之后撤掉紫外灯48h，发黄色强光的GQDs溶液转变为发蓝色强光的GQDs溶液。
实施方式三
电化学循环伏安法制备水溶性石墨烯量子点：将高纯石墨棒同时作为工作电极和对电极，Ag/AgCl作参比电极，浓度为0.1mol/L,PH＝7的磷酸盐缓冲液(PBS)作为电解液，循环伏安电压-5到+5V,扫描速率0.5V/s，扫描圈数129600。将得到的棕色水溶液用220nm的水系过滤头进行过滤，然后用截留分子量为3500Da的透析袋进行透析，除去多余的离子，透析时间为一周，隔8小时换一次去离子水。
取6mL上述制备的GQDs水溶液，加入220μL质量分数为1％的H2O2溶液，磁力搅拌1分钟混合均匀后，用波长为385nm的紫外光照射18个小时，后溶液的荧光颜色由绿色变为亮黄色后，停止照射。此时，得到发黄色强光的GQDs溶液。之后撤掉紫外灯38h，发黄色强光的GQDs溶液转变为发蓝色强光的GQDs溶液。

Claims (8)

1.一种调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于采用常见的发绿色荧光的GQDs水溶液，用紫外灯和H2O2氧化配合，氧化调节其为发黄色荧光，而撤走紫外灯反应一定时间后，发黄色荧光的GQDs发生还原反应转变为蓝色荧光；
所述处理方法包括以下步骤：
步骤1)利用任一方法制备出GQDs水溶液；
步骤2)取出上述步骤1)制备出的GQDs水溶液，加入H2O2溶液，并进行紫外光照射，利用H2O2加紫外光照的强氧化作用使GQDs氧化，荧光颜色发生红移，得到发黄色强荧光的GQDs水溶液；
步骤3)对上述步骤2)得到的发黄色强荧光的GQDs水溶液进行还原处理，即撤走紫外灯照一定时间,得到发蓝色强荧光的GQDs水溶液。
2.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述发绿色、黄色、蓝色荧光的GQDs水溶液的吸光范围为200～350nm。
3.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述步骤1)中制备的透明的淡黄色的GQDs水溶液是采用电化学循环伏安法制备出棕褐色含有杂质的GQDs水溶液，对其进行透析，得到透明的淡黄色的GQDs水溶液。
4.根据权利要求3所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述电化学循环伏安法是：采用超纯石墨棒为工作电极和对电极，Ag/AgCl作为参比电极，PH＝6.5-7.5的磷酸盐缓冲液作为电解液，电化学参数设置为循环伏安电压为-5.0-5.0V，循环扫描速率为0.5V/s；对所述棕褐色含有杂质的GQDs水溶液采用截留分子量为3500～14000Da的透析袋进行透析。
5.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述步骤2)中采用波长为340～380nm的紫外线照射，照射过程中溶液的荧光颜色由绿色变为亮黄色后，停止照射。
6.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述H2O2溶度的质量分数为1％。
7.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，所述步骤2)中GQDs水溶液与H2O2的体积配比关系为25～35:1。
8.根据权利要求1所述的调节石墨烯量子点光致发光性能的后氧化还原处理方法，其特征在于，H2O2加紫外光照时间为12～24h；撤掉紫外灯的还原时间为24～72h。
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