CN108946716A - 一种无酸法制备石墨烯量子点的方法 - Google Patents

一种无酸法制备石墨烯量子点的方法 Download PDF

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孟庆龙
惠鹏
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许云华
邹鸣
邹一鸣
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Abstract

本发明公开的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，采用过硫酸氢钠氧化法以氧化石墨为原料制备石墨烯量子点，把氧化石墨与氧化剂过硫酸氢钠在DMF中充分分散后水热反应即可制得含有石墨烯量子点的溶液，过滤、透析、干燥后即可得到石墨烯量子点。本方法操作简便，步骤简单，还不需要强酸的氧化与加碱的中和，还可以获得高产量和产率，易于石墨烯量子点的大规模生产。

Description

一种无酸法制备石墨烯量子点的方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种无酸法制备石墨烯量子点的方法。
背景技术
石墨烯量子点是指片层少于三层、尺寸小于30nm的还原石墨烯薄片。石墨烯量子点是继石墨烯出现以后近几年来备受关注的新宠，它是一种准零维的纳米材料，由于尺寸过小，它的内部电子在各个方向上的运动会受到局限，因此它除了具有石墨烯许多优异的性能之外，还具有量子限域效应。它具有很大的表面积、很好的机械性能、很高的电子迁移率、较好的生物相容性、水溶性等许多石墨烯有的与没有的特点，因此在生物医学、光电材料、磁性材料及环境检测等领域具有重要的应用前景。
目前大规模制备石墨烯量子点的方法主要还是自上而下法。自上而下法一般是指把石墨、氧化石墨、石墨烯、碳纤维等碳材料通过强酸氧化制备而得。这种方法与自下而上法相比产量相对较高，但是在氧化过程中会产生有毒有害气体，污染环境；氧化时间较长，氧化后还需要加碱中和等工艺，因而制备过程比较冗杂，后续处理比较麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，无污染且产率高。
本发明所采用的技术方案是：一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，包括如下步骤：
步骤1：把氧化石墨与过硫酸氢钠在N,N-二甲基甲酰胺中混合；
步骤2：将步骤1中得到的混合物溶液搅拌后再进行超声分散，使其分散均匀；
步骤3：将步骤2中得到分散均匀的混合物转移到水热反应釜中进行反应；
步骤4：将步骤3中得到的产物冷却至室温后，通过多孔滤膜过滤除去未反应完全的氧化石墨，得到含有石墨烯量子点的混合溶液；
步骤5：将步骤4中得到的含有石墨烯量子点的混合溶液在透析袋中透析得到石墨烯量子点水溶液；
步骤6：将步骤5中得到的石墨烯量子点水溶液进行冷冻干燥得到石墨烯量子点。
本发明的特点还在于，
步骤1中所用的石墨为Hummers法制备的氧化石墨。
步骤2中的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，搅拌时间为不小于30min。
步骤2中的超声时间不小于30min。
步骤3中所用的水热反应釜加热温度为140～200℃，加热时间为8～12h。
步骤4中所用的多孔滤膜截留孔径为0.1～0.4μm；优选为0.22μm。
步骤5中所用的透析袋截留分子量为0.5～2KD；优选为1KD。
步骤5中的透析时长为三天，每天换去离子水1次以上。
本发明的有益效果是：本发明一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，采用过硫酸氢钠氧化法以氧化石墨为原料制备石墨烯量子点，把氧化石墨与氧化剂过硫酸氢钠在DMF中充分分散后水热反应即可制得含有石墨烯量子点的溶液，过滤、透析、干燥后即可得到石墨烯量子点。本方法操作简便，步骤简单，还不需要强酸的氧化与加碱的中和，还可以获得高产量和产率，易于石墨烯量子点的大规模生产。
附图说明
图1是本发明一种无酸法制备石墨烯量子点的方法的实施例1中制备的石墨烯量子点荧光图谱。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，包括如下步骤：
步骤1：把Hummers法制备的氧化石墨与过硫酸氢钠在N,N-二甲基甲酰胺中混合；
步骤2：将步骤1中得到的混合物溶液采用磁力搅拌或机械搅拌，搅拌时间为不小于30min，搅拌后再进行超声分散，超声时间不小于30min，使其分散均匀；
步骤3：将步骤2中得到分散均匀的混合物转移到水热反应釜中进行反应，水热反应釜加热温度为140～200℃，加热时间为8～12h；
步骤4：将步骤3中得到的产物冷却至室温后，通过多孔滤膜过滤除去未反应完全的氧化石墨，多孔滤膜截留孔径为0.1～0.4μm，优选为0.22μm，得到含有石墨烯量子点的混合溶液；
步骤5：将步骤4中得到的含有石墨烯量子点的混合溶液在透析袋中透析得到石墨烯量子点水溶液；其中，透析袋截留分子量为0.5～2KD，优选为1KD，透析时长为三天，每天换去离子水1次以上，可加磁力搅拌来提高透析效果；
步骤6：将步骤5中得到的石墨烯量子点水溶液进行冷冻干燥得到石墨烯量子点。
通过上述方式，本发明一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，制备石墨烯量子点产量大、纯度高、片径均一，所用试剂简单、常见，制备方法简单，还不需要强酸的氧化与加碱的中和，易于大规模制备。
实施例1
取100mL浓DMF放入250mL的烧杯中，在磁力搅拌下分别加入1g氧化石墨与2g过硫酸氢钠，使两种固体粉末在其中混合；搅拌1h后再超声处理40min；将分散均匀的混合物转移到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中并加热至140℃反应12h；待水热反应釜冷却至室温后，通过0.22μm的多孔滤膜用去离子水过滤后得到含有石墨烯量子点的混合溶液；将过滤好的混合溶液装入1KD的透析袋中透析三天，每天早晚各换去离子水一次；将得到的透析液冷冻干燥后得到石墨烯量子点固体粉末。如图1所示，可以看出本发明制备的石墨烯量子点溶液在激发波长从360nm增加到430nm的过程中，发射波长保持在514nm不变，说明该石墨烯量子点的光致发光表现出激发独立性。
实施例2
取100mL浓DMF放入250mL的烧杯中，在磁力搅拌下分别加入1.5g氧化石墨与3g过硫酸氢钠，使两种固体粉末在其中混合；搅拌50min后再超声处理50min；将分散均匀的混合物转移到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中并加热至200℃反应8h；待水热反应釜冷却至室温后，通过0.4μm的多孔滤膜用去离子水过滤后得到含有石墨烯量子点的混合溶液；将过滤好的混合溶液装入1KD的透析袋中透析三天，每天早晚各换去离子水一次；将得到的透析液冷冻干燥后得到石墨烯量子点固体粉末。
实施例3
取100mL浓DMF放入250mL的烧杯中，在磁力搅拌下分别加入1.2g氧化石墨与2.4g过硫酸氢钠，使两种固体粉末在其中混合；搅拌1h后再超声处理1h；将分散均匀的混合物转移到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中并加热至160℃反应11h；待水热反应釜冷却至室温后，通过0.1μm的多孔滤膜用去离子水过滤后得到含有石墨烯量子点的混合溶液；将过滤好的混合溶液装入0.5KD的透析袋中透析三天，每天早晚各换去离子水一次；将得到的透析液冷冻干燥后得到石墨烯量子点固体粉末。
实施例4
取90mL浓DMF放入250mL的烧杯中，在磁力搅拌下分别加入1g氧化石墨与2.2g过硫酸氢钠，使两种固体粉末在其中混合；搅拌30min后再超声处理1h；将分散均匀的混合物转移到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中并加热至180℃反应9h；待水热反应釜冷却至室温后，通过0.22μm的多孔滤膜用去离子水过滤后得到含有石墨烯量子点的混合溶液；将过滤好的混和溶液装入2KD的透析袋中透析三天，每天换去离子水一次；将得到的透析液冷冻干燥后得到石墨烯量子点固体粉末。
实施例5
取80mL浓DMF放入250mL的烧杯中，在磁力搅拌下分别加入1.2g氧化石墨与2.2g过硫酸氢钠，使两种固体粉末在其中混合；搅拌1h后再超声处理30min；将分散均匀的混合物转移到聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中并加热至170℃反应10h；待水热反应釜冷却至室温后，通过0.4μm的多孔滤膜用去离子水过滤后得到含有石墨烯量子点的混合溶液；将过滤好的混合溶液装入2KD的透析袋中透析三天，每天换去离子水一次；将得到的透析液冷冻干燥后得到石墨烯量子点固体粉末。

Claims (10)

1.一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：把氧化石墨与过硫酸氢钠在N,N-二甲基甲酰胺中混合；
步骤2：将步骤1中得到的混合物溶液搅拌后再进行超声分散，使其分散均匀；
步骤3：将步骤2中得到分散均匀的混合物转移到水热反应釜中进行反应；
步骤4：将步骤3中得到的产物冷却至室温后，通过多孔滤膜过滤除去未反应完全的氧化石墨，得到含有石墨烯量子点的混合溶液；
步骤5：将步骤4中得到的含有石墨烯量子点的混合溶液在透析袋中透析得到石墨烯量子点水溶液；
步骤6：将步骤5中得到的石墨烯量子点水溶液进行冷冻干燥得到石墨烯量子点。
2.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤1中所用的石墨为Hummers法制备的氧化石墨。
3.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤2中的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，搅拌时间为不小于30min。
4.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤2中的超声时间不小于30min。
5.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤3中所用的水热反应釜加热温度为140～200℃，加热时间为8～12h。
6.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤4中所用的多孔滤膜截留孔径为0.1～0.4μm。
7.如权利要求6所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤4中所用的多孔滤膜截留孔径为0.22μm。
8.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤5中所用的透析袋截留分子量为0.5～2KD。
9.如权利要求8所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤5中所用的透析袋截留分子量为1KD。
10.如权利要求1所述的一种无酸法制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，所述步骤5中的透析时长为三天，每天换去离子水1次以上。
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