CN108529604A - 一种石墨烯量子点的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料技术领域,尤其涉及零维石墨烯量子点材料的简单制备方法及其应用。本发明首先制备1,3,6‑三硝基芘,再将其分散在NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声,然后转移至聚四氟乙烯反应釜中水热反应10 h,温度设为200℃,最后抽滤、透析、干燥,收集获得石墨烯量子点粉体。本发明通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来,并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。本发明方法简单,成本较低,适合大规模生产,应用价值高。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域,尤其涉及零维石墨烯量子点材料的简单制备方法。
背景技术
石墨烯量子点的光学特性主要表现在其荧光特性和紫外吸收特性。与传统的荧光材料及其他半导体量子点相比,石墨烯量子点无毒,荧光稳定且强度大,发光寿命长。它有较显著的光谱特性,避免与其他光谱重合,具有较强的抗干扰能力。它的发光光谱会随着尺寸的改变而改变,因此可以通过调节量子点尺寸来调节其荧光特性。石墨烯量子点的制备方法可以分为两大类,即自上而下(top-down )和自下而上(bottom-up) 。自上而下是用化学或物理手段破坏碳碳键,将大尺寸的碳源剪切成小尺寸的量子点,常用方法有水热法、电化学法、化学剥离法、酸氧化法等,特点是纯度较高,适合大规模生产。自下而上是以小分子有机物如多环芳香族化合物为前驱体,通过一系列的化学反应,组装成石墨烯量子点,反应过程中每一步都需要过滤洗涤,操作复杂,但量子点的尺寸容易调控,常见方法有溶液化学法、超声法、微波法等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点的制备方法,本方法通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来,制备石墨烯量子点,并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
以芘为原料制备石墨烯量子点,包括如下步骤:
1)称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中,加入80 ml浓HNO3进行硝化反应,反应温度为80℃,调节磁力搅拌器转速充分搅拌溶液,反应24 h后冷却至室温。
2)产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释,用0.22 µm水系滤纸抽滤(微孔漏斗型号为G3)过滤掉多余的酸,将滤纸上固体转移至培养皿中,在烘箱里干燥3 h(T=80℃)得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。
3)取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声。取超声之后的溶液80 mL,转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中,将反应釜密封好放入烘箱中水热反应10 h,温度设为200 ℃。
4)待反应釜冷却至室温,取出溶液,用0.22 um水系滤纸抽滤,收集滤液。滤液用一次性滴管转移至截留分子量为3500的透析袋(使用前用开水煮沸10 min)中,透析袋放进去离子水中透析3-4天,每12小时换一次水,最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。
其中在步骤1)中,硝化反应的硝酸是67vol%的浓硝酸。
其中在步骤3)中,超声破碎所使用的是超声波细胞粉碎机(宁波新芝生物科技股份有限公司,SCIENTZ ⅡD),功率为200W,超声时间为2h。
其中步骤3)中所用反应釜是以聚四氟乙烯为内衬,体积为100ml。
其中步骤2)、4)中抽滤使用的是砂心漏斗和0.22µm微孔滤膜。
本发明的显著优点在于:
本方法通过将简单的超声破碎法和水热法结合起来,并通过改变合成工艺参数实现了荧光性能的调控。本发明方法简单,成本较低,适合大规模生产,应用价值高。
附图说明
图1 以芘为原料时不同硝化反应时间下石墨烯量子点的XRD谱图;
图2 以芘为原料不同硝化时间下的石墨烯量子点荧光(激发波长为360nm)光谱图;
图3 本发明制备的GQDs的HRTEM图。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明,以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中,加入80 ml浓HNO3进行硝化反应,反应温度为80 ℃,搅拌24 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释,抽滤,干燥3 h(T=80 ℃)得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。 取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中,将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温,溶液抽滤,收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,,每12小时换一次水,最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。
实施例2
称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中,加入80 ml浓HNO3进行硝化反应,反应温度为80 ℃,搅拌20 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释,抽滤,干燥3 h(T=80 ℃)得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。 取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中,将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温,溶液抽滤,收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,,每12小时换一次水,最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。
实施例3
称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中,加入80 ml浓HNO3进行硝化反应,反应温度为80 ℃,搅拌16 h后冷却至室温。得到的产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释,抽滤,干燥3 h(T=80 ℃)得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘。 取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声破碎。将得到的悬浮液转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中,将反应釜密封好放入烘箱中200 ℃水热反应10 h。冷却至室温,溶液抽滤,收集滤液。然后透析(透析袋的截留分子量为3500)滤液3-4天,,每12小时换一次水,最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。
图1说明了只有硝化时间足够长,反应更加充分,最后得到的产物的纯度更高,XRD谱图显示24小时的硝化反应后最终的量子点没有杂峰;
图2说明了硝化反应时间越长,反应越充分,最终得到的产物石墨烯量子点的荧光越长。荧光光谱图中硝化反应时间最长的24小时的量子点荧光最强;
图3说明了本发明制备出的石墨烯量子点结晶性较好,具有明显的晶格条纹。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种石墨烯量子点的制备方法,其特征在于:本发明首先制备1,3,6-三硝基芘,再将其分散在NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声,然后转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应,最后抽滤、透析、干燥,收集获得石墨烯量子点粉体。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯量子点的制备方法,其特征在于:具体步骤包括:
1)称取1 g芘于250 mL三颈烧瓶中,加入80 ml浓HNO3进行硝化反应,反应温度为80 ℃,充分搅拌溶液,反应24 h后冷却至室温;
2)产物1,3,6-三硝基芘加入800 mL去离子水稀释,用0.22 µm水系滤纸抽滤过滤掉多余的酸,将滤纸上固体转移至培养皿中,在80 ℃烘箱里干燥3 h,得到黄色中间产物1,3,6-三硝基芘;
3)取1 g干燥过后的1,3,6-三硝基芘分散在200 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中,用超声波细胞粉碎机超声;取超声之后的溶液80 mL,转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中,将反应釜密封好放入烘箱中水热反应;
4)待反应釜冷却至室温,取出溶液,用0.22 μm水系滤纸抽滤,收集滤液;滤液用一次性滴管转移至截留分子量为3500的透析袋中,透析袋放进去离子水中透析3-4天,每12小时换一次水,最后干燥收集获得石墨烯量子点粉体。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法,其特征在于:其中在步骤1)中,硝化反应的硝酸是67vol%的浓硝酸。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法,其特征在于:其中在步骤3)中,超声功率为200W,超声时间为2h。
5.根据权利要求2所述的一种石墨烯量子点的制备方法,其特征在于:其中步骤3)中所述水热反应具体为水热10 h,温度设为200 ℃。
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