CN107011896A - 一种钾掺杂石墨烯量子点的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钾掺杂石墨烯量子点的制备方法，属于纳米材料技术领域，具体涉及钾掺杂石墨烯量子点的水热制备技术。本发明的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热制备方法，其特征在于糖与氢氧化钾在水热反应条件下生成水溶性钾掺杂石墨烯量子点。本发明的技术涉及向石墨烯量子点中引入钾元素来实现石墨烯量子点能级结构的调制，进而使得石墨烯量子点具有更优异的光电性能。该制备方法通过一步即可完成量子点的制备与掺杂，且原料易得、设备简单、可进行规模化生产，得到的量子点产物尺寸均匀，水溶性和分散性较好，在电子、光电子、太阳电池及化学传感等领域有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种钾掺杂石墨烯量子点的制备方法，钾元素的掺入，改变了石墨烯量子点的能级结构，有效地增强了它的光学性能及电学性能。本发明中采用的原料为常规的糖和氢氧化钾，反应所需装置简便，成本低廉，反应过程高效、安全、环保。
背景技术
石墨烯量子点（GQDs）具有优异的光电特性、化学稳定性、生物相容性及自旋性质，由于它在三个维度上的尺寸都小于10 nm，因此量子限域效应、边缘效应都比较显著。大量研究表明石墨烯量子点在生物成像、微电子、功能材料、化学传感、储能及太阳电池等领域都具有广阔的应用前景。
目前，由于受到带隙为零的限制，石墨烯量子点尚未在电子器件、光电子器件及太阳电池等领域得到广泛发展。元素掺杂作为一种有效的技术手段，可以对石墨烯量子点的能级结构进行调制，通过掺入异质元素，向石墨烯量子点中引入新的能级，以此对其能级结构进行调制，进而改变石墨烯量子点的光学、电学及光电性质，实现材料性能的优化。目前，制备石墨烯量子点的方法有多种，本发明采用的水热合成技术能使石墨烯量子点的合成与掺杂一步完成，且具备批量生产、技术环保、成本低廉、工艺简单、易于实施等优点。
在名称为“一种氮掺杂石墨烯量子点的化学制备方法”（专利申请号为201410376809.4）的中国专利中，利用氧化石墨作为碳源，甘氨酸作为氮源在高温退火条件下制得氮掺杂石墨烯量子点。在名称为“一种氧、氯共掺杂石墨烯量子点的制备方法”（专利申请号为201310312836.0）的中国发明专利中，在水热反应条件下，用糖作为碳源和氧掺杂源，用盐酸作为氯掺杂源制得氧、氯共掺杂石墨烯量子点。本发明的技术与之不同，本发明的技术涉及向石墨烯量子点中引入掺杂元素钾，即以糖和氢氧化钾作为反应物，在水热条件下生成钾掺杂石墨烯量子点。本发明通过钾元素的掺杂在石墨烯量子点中引入了新的能级结构，增加了电子的跃迁形式，使得石墨烯量子点的光学和电学性质得到了有效调制。
发明内容
本发明实现了钾元素掺杂石墨烯量子点的简便制备，由于不同元素的掺入对石墨烯量子点能级结构调制结果各异，因此得到的光电性能也各不相同，这对其在光电、能源、电子、催化等领域的应用有着重要意义。本发明中的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，以常规反应物糖和氢氧化钾为原料，去离子水为溶剂，在一定温度下通过水热反应制备得到水溶性钾掺杂石墨烯量子点。
本发明的钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于该方法是通过以下的步骤实现的：第一步，取适量糖和氢氧化钾，加去离子水搅拌使其充分溶解；第二步，将第一步所得溶液转移至水热反应釜中，恒温反应数小时；第三步，反应结束后，对反应液进行透析纯化，即可得到钾掺杂石墨烯量子点的水溶液。
其中，第一步所述的糖可以是果糖、葡萄糖或蔗糖中的任意一种，糖用量为0.5克，氢氧化钾0.15克，去离子水40毫升。
其中，第二步将配好的溶液转移至反应釜中，将反应釜置于170℃的烘箱中反应，时间为4小时。
其中，第三步取出反应液用透析袋透析纯化，透析时间为10～20分钟。
钾掺杂石墨烯量子点有效增加了石墨烯的电子跃迁能级，未掺杂的石墨烯量子点电子能级的跃迁仅在sp2碳的π和π*间跃迁，发光波长位于深紫外和蓝光波段。通过往石墨烯量子点中掺入钾，就会在sp2碳的π和π*能级间引入钾能级，使得电子跃迁模式变得多样化，这有利于材料在生物成像、光电子器件、光子器件等领域的应用。
本发明具有以下的优点：（1）制备工艺简单、成本低廉：本发明制备的钾掺杂石墨烯量子点原料普通、廉价，设备简单、操作易行，合成与掺杂一步完成；（2）制备过程环保、安全：本发明制备钾掺杂石墨烯量子点所用的反应物无毒、安全，整个制备过程绿色环保；（3）产物尺寸分布均匀：本发明制备的钾掺杂石墨烯量子点的平均粒径为 3.4 nm，且尺寸分布范围小；（4）产物水溶性好：由于本发明制备的钾掺杂石墨烯量子点表面有羟基等官能团的存在，因此易溶于水；（5）产物具有荧光特性：本发明制备的钾掺杂石墨烯量子点，在紫外光照射下发荧光，可拓展它在生物成像、荧光标记、光催化、太阳电池等领域的应用；（6）易于规模化生产：本发明制备钾掺杂石墨烯量子点的方法，反应原料常规，制备工艺简单，可进行规模化批量生产。
附图说明
图1是钾掺杂石墨烯量子点透射电镜图。
图2是钾掺杂石墨烯量子点溶液的光致发光谱。
图3是钾掺杂石墨烯量子点X光电子能谱图。
图4是钾掺杂石墨烯量子点拉曼光谱图。
具体实施方式
实施例1：称取0.5克蔗糖，0.15克氢氧化钾，加入40毫升去离子水使反应物充分溶解，混合均匀。将反应液转移至水热釜，放到170℃的烘箱中加热4小时。反应结束后，将溶液取出，用透析袋对样品进行透析纯化，时间为15分钟，透析袋外环境为去离子水，最后收集得到钾掺杂石墨烯量子点溶液，尺寸在 2.4-4.8 nm之间，平均尺寸为3.4 nm。
Claims (5)
1.一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于该方法是通过以下的步骤实现的 ：第一步，取适量糖和氢氧化钾加去离子水搅拌使其溶解均匀；第二步，将第一步得到溶液转移到水热反应釜中，进行恒温反应；第三步，反应结束后，取出溶液用透析袋进行透析纯化，收集产物。
2.根据权利1所述的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于，所述的糖可以是果糖、葡萄糖或蔗糖中的任意一种。
3.根据权利1所述的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于，第一步糖用量为0.5克，氢氧化钾0.15克，去离子水40毫升。
4.根据权利1所述的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于，第二步恒温反应条件为170℃，反应时间为4小时。
5.根据权利1所述的一种钾掺杂石墨烯量子点的水热合成制备方法，其特征在于，第三步所述采用透析袋对产物进行透析、纯化，透析时间为10～20分钟。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN103642494A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-03-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 荧光碳基量子点的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107502348A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-12-22 | 复旦大学 | 一种由糖类前驱体低温制备石墨烯量子点的方法 |
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