CN108893111A - 一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，该方法通过一步水热原位掺杂的方法，简化了钝化处理、硝化处理等繁杂手段，提升了石墨烯量子点的量子产率，使合成的氮掺杂石墨烯量子点的荧光发射波长在430‑580nm范围内具有连续可调的特征，使本发明在超级电容、光电、生物影象等更多领域具有广泛的应用前景。

Description

一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法。
背景技术
近年来，石墨烯量子点作为一种最新的石墨烯材料因其优良的光学性能和较低的生物毒性引起广大纳米材料研究者的青睐。石墨烯量子点(GQDs)呈现出的亲水性、低细胞毒性、化学及光稳定性等优异性质，使其在化学、生物医学、传感学及光电子学领域得到了广泛的关注与应用。
石墨烯量子点的制备是石墨烯纳米材料研究领域的重要课题，目前主要分为两大类：自下而上方法以及自下而上方法。另外，杂环元素的掺杂在很大程度上可以改变石墨烯量子点的能带结构，表面官能团结构，进而导致石墨烯量子点产生不同的光学性能。目前，研究者已经采用各种物理、化学手段制备了氮掺杂石墨烯量子点。但是，这些方法制备的石墨烯量子点存在掺杂困难，极短波长(紫色)以及极长波长(红色)荧光量子点难以制备等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，以解决上述背景技术中提出的石墨烯量子点掺杂困难，以及极短波长(紫色)和极长波长(红色)荧光难以制备这两大问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，具体步骤包括如下：
a.将42mg柠檬酸(CA)溶于20mL无水乙醇中得到前驱体I；
b.分别将70mg邻苯二胺(oPD)、间苯二胺(mPD)和对苯二胺(pPD)溶解于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体II-a、前驱体II-b、前驱体II-c；
c.分别将前驱体II-a、II-b、II-c和前驱体1按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-a、III-b和III-c；
d.分别将前驱体II-a、II-b、II-c和无水乙醇(EtOH)按照体积比1:1混合得到水热反应前驱体III-A、III-B和III-C；
e.将前驱体III-a、III-b、III-c、III-A、III-B和III-C转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)，分别为量子点III-a、III-b、III-c、III-A、III-B和III-C；
f.将量子点III-b、III-c、III-A、III-B和III-C用无水乙醇(EtOH)稀释，使用365nm紫外灯照射，分别得到绿色、紫色、黄色、蓝绿、橙红色的荧光，将量子点III-a用去离子水稀释，在365nm紫外灯下得到蓝色荧光。
由于上述技术方案运用，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明合成的氮掺杂石墨烯量子点的荧光发射波长具有连续可调的特征，且在很大程度上提升了石墨烯量子点(GQDs)的量子产率。使用一步原位掺杂方法，一方面有效简化了传统掺杂类量子点制备过程中复杂的钝化处理，硝化处理等繁杂手段，使得其在超级电容、光电、生物影象等更多领域具有广泛的应用前景。
附图说明
下面通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)，荧光光谱(PL)对本发明制备的氮掺杂石墨烯量子点的发光性能进行表征。
图1为实施例1-6的荧光发射光谱图(激发光365nm)；
图2为实施例1-6在365nm紫外灯下的荧光图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对氮掺杂石墨烯量子点的制备、性能进行详细描述。
实施例1
紫色荧光的量子点制备如下：
a.将42mg柠檬酸(CA)溶于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体I；
b.将70mg邻苯二胺(oPD)溶解于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体II-a；
c.将前驱体II-a和前驱体I按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-a；
d.将前驱体III-a转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-a，并命名为：CA@oPD；
e.将量子点CA@oPD用去离子水稀释,使用365nm紫外灯照射，得到波长为430nm的紫色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为37％。
实施例2
蓝色荧光的量子点制备如下：
a.将42mg柠檬酸(CA)溶于20mL无水乙醇中得到前驱体I；
b.将70mg对苯二胺(pPD)溶解于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体II-c；
c.将前驱体II-c和前驱体I按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-c；ru
d.将前驱体III-c转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-c，并命名为：CA@pPD；
e.将量子点CA@pPD用无水乙醇(EtOH)稀释,使用365nm紫外灯照射，得到波长为445nm的蓝色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为67％。
实施例3
蓝绿色荧光的量子点制备如下：
a.将70mg间苯二胺(mPD)溶解于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体II-B；
b.将前驱体II-B和无水乙醇(EtOH)按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-B；
c.将前驱体III-B转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-B，并命名为：@mPD；
d.将量子点@mPD用去离子水稀释，使用365nm紫外灯照射，得到波长为480nm的蓝绿色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为56％。
实施例4
绿色荧光的量子点制备如下：
a.将42mg柠檬酸(CA)溶于20mL无水乙醇中得到前驱体I；
b.将70mg间苯二胺(mPD)溶解于20mL无水乙醇(EtOH)中得到前驱体II-b；
c.将前驱体II-b和前驱体I按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-b；
d.将前驱体III-b转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-b，并命名为：CA@mPD；
e.将量子点CA@mPD用去离子水稀释，使用365nm紫外灯照射，得到波长为500nm的绿色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为36％。
实施例5
黄色荧光的量子点制备如下：
a.将70mg邻苯二胺(oPD)溶解于20mL EtOH中得到前驱体II-A；
b.将前驱体II-A和EtOH按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-A；
c.将前驱体III-A转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-A，并命名为：@oPD；
d.将量子点@oPD用去离子水稀释，使用365nm紫外灯照射，得到波长为555nm的黄色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为33％。
实施例6
红色荧光的量子点制备如下：
a.将70mg对苯二胺(pPD)溶解于20mL EtOH中得到前驱体II-C；
b.将前驱体II-C和EtOH按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-C；
c.将前驱体III-C转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点III-C，并命名为：@pPD；
d.将量子点@pPD用去离子水稀释，使用365nm紫外灯照射，得到波长为580nm的红色荧光(如图1、2所示)，且量子产率为26％。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种荧光可调的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a.将42mg柠檬酸溶于20mL无水乙醇中得到前驱体I；
b.分别将70mg邻苯二胺、70mg间苯二胺和70mg对苯二胺溶解于20mL无水乙醇中得到前驱体II-a、II-b、II-c；
c.分别将前驱体II-a、II-b、II-c和前驱体1按1:1的体积比混合得到水热反应前驱体III-a、III-b和III-c；
d.分别将前驱体II-a、II-b、II-c和无水乙醇按照体积比1:1混合得到水热反应前驱体III-A、III-B和III-C；
e.将前驱体III-a、III-b、III-c、III-A、III-B和III-C转移至50mL聚四氟水热反应内胆中超声处理30min，随后转移至水热烘箱，加热至180℃保温12h进行水热反应并随炉冷却至室温得到氮掺杂石墨烯量子点，分别为量子点III-a、III-b、III-c、III-A、III-B和III-C；
f.将量子点III-b、III-c、III-A、III-B和III-C用无水乙醇稀释，使用365nm紫外灯照射，分别得到绿色、紫色、黄色、蓝绿、橙红色的荧光，将量子点III-a用去离子水稀释，在365nm紫外灯下得到蓝色荧光。
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