CN107021476A - 一种氮掺杂石墨烯量子点的熔融制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明采用一步合成法，以柠檬酸、乳糖、葡萄糖、草酸为碳源，甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、组氨酸为氮源，在熔融条件下获得氮掺杂石墨烯量子点。本发明提供的氮杂石墨烯量子点的合成方法工艺简单，制备条件温和且绿色环保，原料易得成本低，制得的氮杂石墨烯量子点产率较高，单分散性好和水溶性能优异，具有较强的蓝色荧光性能，在生物荧光标记和荧光探针等领域有着非常好的应用前景。

Description

一种氮掺杂石墨烯量子点的熔融制备方法
技术领域
本发明提供一种氮掺杂石墨烯量子点的熔融制备方法，属于纳米材料技术领域。
技术背景
石墨烯量子点是尺寸小于10nm的石墨烯薄片，而且其原子层数少于5层。石墨烯量子点不仅具有石墨烯的独特的优良性能，如表面积大、电子迁移率高、机械强度高及优良的生物相容性。相比较一维的碳纳米管及二维的石墨烯片，准零维的石墨烯量子点表现出更强的量子限制效应和边界效应。因此，石墨烯量子点在短短几年已经引起了化学、生物学、材料、物理学和环境科学等领域的研究者极大关注。
传统的石墨烯量子点制备方法有很多，如石墨烯机械刻蚀法、电化学合成法、化学氧化法等等，但是这些制备方法大多数操作复杂、并且需要繁琐的后处理过程。荧光量子产率低是传统石墨烯量子点一直有待解决的问题。杂原子掺杂是调节碳纳米材料光学性能的一个有效途径，杂原子掺杂后的石墨烯量子点凭借其优良的量子禁带和杂原子的边缘效应获得了越来越的重视。近年来，一些制备氮原子掺杂的石墨烯量子点的方法被成功报道，如水热法、电化学法、微波法等。然而，现有的工艺普遍都存在反应条件苛刻、操作繁琐、产率较低等缺点。因此，本发明发展了一种新的方法制备氮掺杂石墨烯量子点。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术成本高，工艺繁琐等缺点，本发明提供一种氮掺杂石墨烯量子点的绿色熔融制备方法。
技术方案：本发明的目的可以通过以下方案可以实现：一种氮掺杂石墨烯量子点的熔融制备方法，包括如下步骤：
(1)在圆底烧瓶中加入碳源和氮源，混合均匀。
(2)将上述圆底烧瓶搅拌加热至混合物呈熔融状态。
(3)将融熔的混合物滴加入剧烈搅拌的氢氧化钠溶液中。
(4)将上述处理所得的液体用酸性溶液调节至中性，即得氮掺杂石墨烯量子点。
作为优选方式，步骤(1)中所述的碳源为柠檬酸、葡萄糖、乳糖及草酸中的一种或多种组合，氮源为甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、亮氨酸及组氨酸中的一种或多种组合，碳源和氮源的质量比为20∶1-1∶5。
作为优选方式，步骤(2)中所述的加热温度为50-200℃，加热时间为10-120min。
作为优选方式，步骤(3)中所述的氢氧化钠溶液浓度为0.001-1.0g/mL，体积为10-300mL。
作为优选方式，步骤(4)中所述的酸性溶液为醋酸溶液、磷酸溶液、硫酸溶液或盐酸溶液。
有益效果：本发明提供的氮掺杂石墨烯量子点工艺简单，成本低廉，绿色环保。所准备得到的氮掺杂石墨烯量子点产率较高、单分散性好，荧光量子产率高，水溶性好，在生物荧光标记和荧光探针等领域有着非常好的应用前景。
附图说明
图1为本发明准备的氮掺杂石墨烯量子点的透射电子显微镜照片
图2为本发明准备的氮掺杂石墨烯量子点的紫外和荧光光谱图，插图为日光下(左)和紫外灯(365nm)下(右)的照片。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步的说明。
实施例1
在25mL圆底烧瓶中加入2.0g草酸和0.5g谷氨酸，混合均匀。用加热套于150℃下加热，随着剧烈的搅拌，柠檬酸和甘氨酸混合物逐渐融解，在5min左右由无色转变为淡黄色，接着颜色逐渐加深。继续加热10min后，将融解的混合物逐滴加入剧烈搅拌的50mL的NaOH(10mg/mL)中，然后将所得溶液用磷酸溶液调节pH到中性，得到氮掺杂石墨烯量子点。
实施例2：
在25mL圆底烧瓶中加入1.0g葡萄糖和1.0g精氨酸，混合均匀。用加热套于180℃下加热，随着剧烈的搅拌，柠檬酸和甘氨酸混合物逐渐融解，在5min左右由无色转变为淡黄色，接着颜色逐渐加深。继续加热20min后，将融解的混合物逐滴加入剧烈搅拌的100mL的NaOH(5mg/mL)中，然后将所得溶液用盐酸溶液调节pH到中性，得到氮掺杂石墨烯量子点。
实施例3：
在25mL圆底烧瓶中加入0.5g柠檬酸和1.5g亮氨酸，混合均匀。用加热套于180℃下加热，随着剧烈的搅拌，柠檬酸和甘氨酸混合物逐渐融解，在5min左右由无色转变为淡黄色，接着颜色逐渐加深。继续加热10min后，将融解的混合物逐滴加入剧烈搅拌的100mL的NaOH(30mg/mL)中，然后将所得溶液用醋酸溶液调节pH到中性，得到氮掺杂石墨烯量子点。
实施例4：
在50mL圆底烧瓶中加入5.0g乳糖和1.0g甘氨酸，混合均匀。用加热套于100℃下加热，随着剧烈的搅拌，柠檬酸和甘氨酸混合物逐渐融解，在5min左右由无色转变为淡黄色，接着颜色逐渐加深。继续加热20min后，将融解的混合物逐滴加入剧烈搅拌的200mL的NaOH(10mg/mL)中，然后将所得溶液用硫酸溶液调节pH到中性，得到氮掺杂石墨烯量子点。
实施例5：
在100mL圆底烧瓶中加入10.0g葡萄糖酸和15.0g组氨酸，混合均匀。用加热套于190℃下加热，随着剧烈的搅拌，柠檬酸和甘氨酸混合物逐渐融解，在5min左右由无色转变为淡黄色，接着颜色逐渐加深。继续加热40min后，将融解的混合物逐滴加入剧烈搅拌的500mL的NaOH(100mg/mL)中，然后将所得溶液用盐酸溶液调节pH到中性，得到氮掺杂石墨烯量子点。
尽管本发明的实施案例已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里描述的具体实施方式。

Claims (5)

1.一种氮掺杂石墨烯量子点的熔融制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在圆底烧瓶中加入碳源和氮源，混合均匀。
(2)将上述圆底烧瓶搅拌加热至混合物呈熔融状态。
(3)将融熔的混合物滴加入剧烈搅拌的氢氧化钠溶液中。
(4)将上述处理所得的液体用酸性溶液调节至中性，即得氮掺杂石墨烯量子点。
2.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碳源为柠檬酸、葡萄糖、乳糖及草酸中的一种或多种组合，氮源为甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、亮氨酸及组氨酸中的一种或多种组合，碳源和氮源的质量比为20∶1-1∶5。
3.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的加热温度为50-200℃，加热时间为10-120min。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的氢氧化钠溶液浓度为0.001-1.0g/mL，体积为10-300mL。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的酸性溶液为醋酸溶液、磷酸溶液、硫酸溶液或盐酸溶液。
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