CN109796974A - 一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法，其是采用芘和浓硝酸生成1,3,6‑三硝基芘，然后将1,3,6‑三硝基芘加入到含有NaOH修饰剂的DMF水溶液中，经水热反应、透析，合成石墨烯量子点粉末。其中，通过调节水溶液中DMF的含量，可实现石墨烯量子点荧光性能的调控，以期在LED灯抗蓝光等领域得到较好的应用。

Description

一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法

技术领域

本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体涉及一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法。

背景技术

石墨烯量子点是一种在三维方向上尺寸均小于或接近激子玻尔半径的石墨烯纳米片，其载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动，使其具有明显的量子限域效应，同时其因表面富含杂原子官能团而影响其对光的吸收特性，进而影响发光特性，从而显现出边缘效应。作为新的碳基材料，这两种效应使得石墨烯量子点具有了异于其他半导体量子点独特的光学特性。目前，已有很多研究机构致力于石墨烯量子点的合成研究，其主要合成方法可以分为“自下而上”法和“自上而下”法两种。其中“自上而下”法主要指的是通过切割不同碳源来制备小尺寸的石墨烯量子点(GQDs)；而“自下而上”法是通过分子路线制备出石墨烯量子点，包括碳水化合物的碳化、多环芳烃的自组装、小分子的有机合成等。

石墨烯量子点以其良好的溶解性、生物无毒性、优异的光学性能而受到广泛关注。不同尺寸的石墨烯量子点在不同激发波长下可发出不同颜色的荧光，因此被广泛应用在各种领域。然而，目前已报到的各种绿色荧光石墨烯量子点的荧光性能均比较低。本发明采用“自下而上”法，以芘为前驱体经硝基功能化后分散于纯水中，然后加入NaOH为修饰剂，同时加入少量富含官能团的有机物N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，通过水热法一步合成了发出高荧光性能的绿色荧光石墨烯量子点，其可通过调节有机物DMF的含量实现对石墨烯量子点荧光性能的调控，期望其在LED灯抗蓝光等领域得到较好的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法，其包括如下步骤：

1）将芘和浓硝酸按1:80 g/ml的比例于三颈烧瓶中混合，调节磁力搅拌器转速使反应液保持旋流状态，然后于80 ℃下反应24 h对芘进行表面硝基功能化，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；

2）在有机溶剂的水溶液中加入修饰剂NaOH，配成NaOH浓度为0.1-0.3mol/L的溶液；然后取干燥的1,3,6-三硝基芘0.5-2g分散于200ml溶液中，用超声波纳米粉碎机超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜密封好放入烘箱中，于180-220℃下水热反应10 h；

3）待反应釜冷却至室温，取出溶液，抽滤并收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为500-3500D的透析袋（使用前用纯水煮沸10 min）中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，收集获得石墨烯量子点粉末。

步骤2）中所述有机溶剂的水溶液中有机溶剂与纯水的体积比为1:1-1:99；所用有机溶剂为DMF。

本发明的显著优点在于：

本发明以芘为前驱体经硝化后在NaOH溶液中进行水热反应合成量子点，其过程中通过加入少量富含官能团的有机DMF，以有效抑制小颗粒杂质的形成，同时在量子点表面嫁接更多的官能团而获得更强的荧光，且通过调整DMF含量可以实现对荧光强度的有效调控。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的石墨烯量子点的XRD谱图。

图2是本发明实施例1制备的石墨烯量子点的TEM谱图。

图3是本发明实施例1-3和对比例1制备的石墨烯量子点的荧光光谱图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

将1g芘和80ml浓硝酸放入三颈烧瓶中，保持反应液处于旋流状态，然后于80 ℃下反应24 h对芘进行表面硝基功能化，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；量取8ml DMF和192ml纯水配制DMF水溶液，然后加入1.6g NaOH和1g干燥后的1,3,6-三硝基芘，用超声波纳米粉碎机超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至500 mL聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜密封好放入烘箱中，于180-220℃下水热反应10h；待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 µm水系滤纸抽滤后，收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为3000D的透析袋（使用前用纯水煮沸10 min）中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，收集获得石墨烯量子点粉末。

实施例2

将1g芘和80ml浓硝酸放入三颈烧瓶中，保持反应液处于旋流状态，然后于80 ℃下反应24 h对芘进行表面硝基功能化，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；量取4ml DMF和196ml纯水配制DMF水溶液，然后加入1.6g NaOH和1g干燥后的1,3,6-三硝基芘，用超声波纳米粉碎机超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至500 mL聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜密封好放入烘箱中，于180-220℃下水热反应10h；待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 µm水系滤纸抽滤后，收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为3000D的透析袋（使用前用纯水煮沸10 min）中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，收集获得石墨烯量子点粉末。

实施例3

将1g芘和80ml浓硝酸放入三颈烧瓶中，保持反应液处于旋流状态，然后于80 ℃下反应24 h对芘进行表面硝基功能化，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；量取2ml DMF和198ml纯水配制DMF水溶液，然后加入1.6g NaOH和1g干燥后的1,3,6-三硝基芘，用超声波纳米粉碎机超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至500 mL聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜密封好放入烘箱中，于180-220℃下水热反应10h；待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 µm水系滤纸抽滤后，收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为3000D的透析袋（使用前用纯水煮沸10 min）中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，收集获得石墨烯量子点粉末。

对比例1

将1g芘和80ml浓硝酸放入三颈烧瓶中，保持反应液处于旋流状态，然后于80 ℃下反应24 h对芘进行表面硝基功能化，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；称取1.6g NaOH溶于200ml纯水中溶解，再加入1g干燥后的1,3,6-三硝基芘，用超声波纳米粉碎机超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至500 mL聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜密封好放入烘箱中，于180-220℃下水热反应10 h；待反应釜冷却至室温，取出溶液，用0.22 µm水系滤纸抽滤后，收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为3000D的透析袋（使用前用纯水煮沸10 min）中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，收集获得石墨烯量子点粉末。

图1是本发明实施例1制备的石墨烯量子点的XRD谱图。从图中可以看出制备的量子点具有石墨烯002晶面特征。

图2是本发明实施例1制备的石墨烯量子点的TEM谱图。从图中可以看出本发明制备的量子点尺寸均匀，从右上方的TRTEM谱图中可以看出本发明制备的量子点具有明显的晶格结构，结晶质量好。

图3是本发明实施例1-3和对比例1制备的石墨烯量子点的荧光光谱图。从图中可以看出，本发明制备的量子点产生峰值500-530nm的绿色荧光，随着DMF含量增加，荧光强度逐渐增强。

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 (2)

1.一种荧光性能可调的石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将芘和浓硝酸按1:80 g/ml的比例混合，在搅拌条件下于80 ℃下反应24 h，待反应液冷却至室温后进行抽滤、冲洗、干燥，获得1,3,6-三硝基芘固体；

2）在有机溶剂的水溶液中加入NaOH，配成NaOH浓度为0.1-0.3mol/L的溶液；然后取干燥的1,3,6-三硝基芘0.5-2g分散于200ml溶液中，超声2 h获得充分混合的悬浮液，再将悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中，于180-220℃下水热反应10 h；

3）待反应釜冷却至室温，取出溶液，抽滤并收集滤液，再将滤液转移至截留分子量为500-3500D的透析袋中透析2-3天，中间每24小时换一次水，最后在60-80℃下干燥，获得石墨烯量子点粉末。

2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述有机溶剂的水溶液中有机溶剂与纯水的体积比为1:1-1:99；所用有机溶剂为DMF。