一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法。本發(fā)明的制備方法包括：從富勒烯出發(fā)，采用化學(xué)氧化切割一步制備出石墨烯量子點(diǎn)懸浮液，除去懸浮液中的雜質(zhì)離子，通過(guò)干燥獲得石墨烯量子點(diǎn)粉末。本發(fā)明解決了現(xiàn)有石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末制備方法工藝復(fù)雜、成本高等問(wèn)題。本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單，能夠迅速放大制備出宏量石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末，具有高產(chǎn)率，制備的石墨烯量子點(diǎn)尺寸分布均一、水溶性良好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯量子點(diǎn)懸淳液和粉末的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電技術(shù)、生物標(biāo)記領(lǐng)域，具體地，涉及一種量子點(diǎn)的制備方法，更具 體地涉及一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的大批量的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯由于其優(yōu)良的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)特性，自從其在2004被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就 受到廣泛關(guān)注。但是石墨烯是零帶隙材料，這限制了它在半導(dǎo)體器件和光電器件領(lǐng)域的應(yīng) 用。石墨烯量子點(diǎn)通過(guò)將尺寸減小到納米尺度，利用量子局域效應(yīng)打開(kāi)帶隙，從而使得電子 的躍遷和復(fù)合成為可能，拓展了石墨烯在光電領(lǐng)域和生物標(biāo)記領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有制備石墨烯量子點(diǎn)的方法一般是從氧化石墨烯、石墨烯、碳納米管等前驅(qū)體 出發(fā)，通過(guò)強(qiáng)氧化性酸的作用，將其切割到納米尺寸。在制備的過(guò)程中要通過(guò)高速離心將大 尺寸除去才能得到納米尺寸的量子點(diǎn)，這樣的制備過(guò)程導(dǎo)致量子點(diǎn)的產(chǎn)率非常低，通常低 于10%，從而導(dǎo)致石墨烯量子點(diǎn)的價(jià)格昂貴，而且制得的量子點(diǎn)尺寸分布很不均一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足之處，提供一種大批量制備石墨烯 量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是提升石墨烯量子點(diǎn)的產(chǎn)率，從而降 低成本。
[0005] 本發(fā)明的上述目的是能過(guò)下面的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，從富勒烯出發(fā)，用化學(xué)氧化切割制 出石墨烯量子點(diǎn)懸浮液，然后去除懸浮液中的雜質(zhì)離子，最后通過(guò)干燥獲得石墨烯量子點(diǎn) 粉末。
[0007] 如所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其中所述的化學(xué)氧化切割 富勒烯是將前驅(qū)體富勒烯與濃硫酸在冰水浴中混合并同時(shí)攪拌，富勒烯與濃硫酸的用量為 〇. 5g富勒烯配比濃硫酸10?100ml，攪拌速度100?IOOOrpm ;然后緩慢加入硝酸鈉、高 錳酸鉀，硝酸鈉的用量是所用富勒烯質(zhì)量的0?3倍，高錳酸鉀的用量為所用富勒烯質(zhì)量 的1?6倍；高錳酸鉀加入完成后，冰水浴0?90min，然后將冰水浴換成恒溫水浴，溫度為 20?40°C，保溫IOmin?24h ;然后加入純水，所用純水為前述富勒烯、濃硫酸、硝酸鈉、高 錳酸鉀混合液體積的2?5倍；將水浴溫度升溫至70?100°C，保溫0?90min。
[0008] 如所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其中所述的去除懸浮液中 的雜質(zhì)離子是將用化學(xué)氧化切割制出的石墨烯量子點(diǎn)懸浮液過(guò)濾去除大顆粒，所用濾膜 的孔徑為〇. 01?〇. 22um，然后在透析袋中透析，每天換水三次，所用透析袋的截留分子量 為500?14000,得到石墨烯量子點(diǎn)懸浮液。
[0009] 如所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其中所述的干燥是將去除 了懸浮液中的雜質(zhì)離子后得到的懸浮液常溫干燥或者在烘箱、電爐、冷凍干燥機(jī)中干燥得 到石墨烯量子點(diǎn)粉末。
[0010] 根據(jù)所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其中所述的前驅(qū)體富勒 烯為 C20、C36、C44、C50、C60、C70、C76、C80、C84、C90、C94、C120、C180、C540 中的一種或者 多種，所述濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。 toon] 更具體地，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一、化學(xué)氧化切割富勒烯：將前驅(qū)體富勒烯 與濃硫酸在冰水浴中混合并同時(shí)攪拌，所用富勒烯包括C20、C36、C44、C50、C60、C70、C76、 C80、C84、C90、C94、C120、C180、C540等，所用濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，用量為0. 5克富勒烯 配比濃硫酸10?100ml，攪拌速度在100?IOOOrpm ;然后緩慢加入硝酸鈉、高錳酸鉀中的 一種或多種，硝酸鈉的用量是所用富勒烯質(zhì)量的〇?3倍，高錳酸鉀的用量為所用富勒烯質(zhì) 量的1?6倍；高錳酸鉀加入完全后，冰水浴時(shí)間為0?90min，然后將冰水浴換成恒溫水 浴，溫度為20?40度之間的一個(gè)溫度,保溫時(shí)間為IOmin?24h ;然后加入純水,所用純水 為前述富勒烯、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀混合液體積的2?5倍；將水浴溫度升溫至70? 100度之間的一個(gè)溫度，保溫〇?90min。二、去除雜質(zhì)離子：將第一步中最后得到的懸浮液 過(guò)濾去除大顆粒，所用濾膜的孔徑為0. 01?0. 22um ;然后在透析袋中透析，每天換水三次， 所用透析袋的截留分子量為500?14000,透析時(shí)間3?7天，得到石墨烯量子點(diǎn)懸浮液。 三、干燥：將第二步中最后得到的懸浮液常溫干燥或者在烘箱、電爐、冷凍干燥機(jī)中干燥得 到石墨烯量子點(diǎn)粉末。
[0012] 本發(fā)明的前驅(qū)體為富勒烯，包括 C20、C36、C44、C50、C60、C70、C76、C80、C84、C90、 C94、C120、C180、C540等中的一種或者多種。
[0013] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，是將富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、 高錳酸鉀中的一種或者多種在冰水浴中先后混合，濃硫酸的用量為0. 5g富勒烯配比10? IOOml質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的濃硫酸，高錳酸鉀用量為所用富勒烯質(zhì)量的1?6倍，混合過(guò)程在冰 水浴中進(jìn)行并且伴隨攪拌，攪拌速度為100?l〇〇〇rpm。
[0014] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，是將富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、 高錳酸鉀中的一種或者多種在冰水浴中先后混合，濃硫酸的用量為0. 5g富勒烯配比10? IOOml質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的濃硫酸。
[0015] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，是將富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、 高錳酸鉀中的一種或者多種在冰水浴中先后混合，硝酸鈉的用量為所用富勒烯質(zhì)量的0? 3倍。
[0016] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，是將富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、 高錳酸鉀中的一種或者多種在冰水浴中先后混合，高錳酸鉀用量為所用富勒烯質(zhì)量的1? 6倍。
[0017] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，是將富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、 高錳酸鉀中的一種或者多種先后混合，混合是在冰水浴中進(jìn)行的，高錳酸鉀加入完成后，冰 水浴時(shí)間為0?90min。
[0018] 本發(fā)明的化學(xué)氧化切割富勒烯得到石墨烯量子點(diǎn)，富勒烯、濃硫酸和硝酸鉀、高錳 酸鉀中的一種或者多種的混合液在恒溫水浴中反應(yīng)，恒溫水浴分為兩個(gè)階段：先是保持溫 度為20?40度之間的某一溫度，反應(yīng)時(shí)間為IOmin?24h ;然后加入體積為富勒烯、濃硫 酸、硝酸鉀、高錳酸鉀混合液體積2?5倍的純水，水浴溫度升高至70?100度之間的某一 溫度，保溫0?90分鐘。
[0019] 本發(fā)明的去除雜質(zhì)離子，是用透析的方法，所用透析袋的截留分子量為500? 14000。
[0020] 本發(fā)明的干燥方法是常溫干燥或者在烘箱、電爐、冷凍干燥機(jī)中干燥。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制得石墨烯量子點(diǎn)的懸浮液；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中制得的石墨烯量子點(diǎn)粉末；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中制得的石墨烯量子點(diǎn)的原子力顯微鏡掃描圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中制得的石墨烯量子點(diǎn)的高度分布圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中制得的石墨烯量子點(diǎn)的透射電子顯微鏡圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中制得的石墨烯量子點(diǎn)的尺寸分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖，用本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，但并不以 此來(lái)限定本發(fā)明。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] (1)稱取0· 5g C60粉末，量取IOml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃硫酸，將C60粉末和濃硫 酸在燒杯中混合，燒杯放在冰水浴中，同時(shí)以IOOrpm的速度攪拌。
[0030] (2)稱取3g高錳酸鉀粉末，緩慢的加入步驟一中的混合液中。
[0031] (3)移去冰水浴，換成水浴，保持水浴溫度20度，反應(yīng)24h。
[0032] (4)快速加入50ml純水。
[0033] (5)將步驟（4)得到的懸浮液過(guò)濾，然后用截留分子量為8000的透析袋透析3天。
[0034] (6)將步驟（5)得到的懸浮液常溫干燥，最終得到0. 112g石墨烯量子點(diǎn)粉末。
[0035] 圖1顯示出了步驟（5)得到的石墨烯量子點(diǎn)的懸浮液。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] (1)稱取0· 5g C60粉末，量取25ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，將C60粉末和濃硫 酸在燒杯中混合，燒杯放在冰水浴中，同時(shí)以300rpm的速度攪拌。
[0038] (2)稱取I. 75g高錳酸鉀粉末，緩慢的加入步驟一中的混合液中。
[0039] (3)移去冰水浴，換成水浴，保持水浴溫度25度，反應(yīng)24h。
[0040] (4)快速加入75ml純水。
[0041] (5)將步驟（4)得到的懸浮液過(guò)濾，然后用截留分子量為500的透析袋透析7天。
[0042] (6)將步驟（5)得到的懸浮液在冷凍干燥機(jī)中干燥，最終得到0. 128g石墨烯量子 點(diǎn)粉末。
[0043] 圖3顯示出了步驟（6)得到的石墨烯量子點(diǎn)的光學(xué)照片；圖4顯示出了石墨烯量 子點(diǎn)的原子力顯微鏡掃描圖；圖5顯示出了石墨烯量子點(diǎn)的高度分布，其高度均一分布在 1 ?2nm〇
[0044] 實(shí)施例3
[0045] 1)稱取0· 5g C60粉末，量取IOOml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %的濃硫酸，將C60粉末和濃硫 酸在燒杯中混合，燒杯放在冰水浴中，同時(shí)以300rpm的速度攪拌。
[0046] (2)稱取0. 5g高錳酸鉀粉末，緩慢的加入步驟一中的混合液中。
[0047] (3)移去冰水浴，換成水浴，保持水浴溫度40度，反應(yīng)Ih。
[0048] (4)快速加入200ml純水。
[0049] (5)將步驟（4)得到的懸浮液過(guò)濾，然后用截留分子量為1000的透析袋透析5天。
[0050] (6)將步驟（5)得到的懸浮液在冷凍干燥機(jī)中干燥，最終得到0. 108g石墨烯量子 點(diǎn)粉末。
[0051] 圖6顯示出了步驟（6)得到的石墨烯量子點(diǎn)的透射電鏡圖，顯示出了步驟（6)得 到的石墨烯量子點(diǎn)的尺寸分布，其尺寸均一分布在2?3nm。
[0052] 實(shí)施例4
[0053] (1)稱取0· 5g C70粉末，量取25ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，將C70粉末和濃硫 酸在燒杯中混合，燒杯放在冰水浴中，同時(shí)以300rpm的速度攪拌。
[0054] (2)稱取0. 25g硝酸鈉，緩慢的加入步驟一中的混合液中，然后稱取I. 75g高錳酸 鉀粉末，緩慢加入混合液中。
[0055] (3)移去冰水浴,換成水浴,保持水浴溫度35度,反應(yīng)lOmin。
[0056] (4)快速加入75ml純水，將水浴溫度升高至70度，保溫90min。
[0057] (5)將步驟（4)得到的懸浮液過(guò)濾，然后用截留分子量為500的透析袋透析7天。
[0058] (6)將步驟（5)得到的懸浮液在烘箱中干燥，最終得到0. 115g石墨烯量子點(diǎn)粉末。
[0059] 實(shí)施例5
[0060] (1)稱取 0· 5g C20、C36、C44、C50、C60、C70、C76、C80、C84、C90、C94、C120、C180、 C540的混合粉末，量取25ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，將C60粉末和濃硫酸在燒杯中混 合，燒杯放在冰水浴中，同時(shí)以300rpm的速度攪拌。
[0061] (2)稱取I. 5g硝酸鈉，緩慢的加入步驟一中的混合液中，再稱取I. 75g高錳酸鉀粉 末。
[0062] (3)移去冰水浴,換成水浴,保持水浴溫度35度,反應(yīng)60min。
[0063] (4)快速加入75ml純水，將水浴溫度升高至100度，保溫90min。
[0064] (5)將步驟（4)得到的懸浮液過(guò)濾，然后用截留分子量為500的透析袋透析7天。
[0065] (6)將步驟（5)得到的懸浮液在電爐中干燥，最終得到0. 105g石墨烯量子點(diǎn)粉末。
[0066] 綜上，本發(fā)明的制備方法從富勒烯出發(fā)，采用化學(xué)氧化切割一步制備出石墨烯量 子點(diǎn)懸浮液，除去懸浮液中的雜質(zhì)離子，通過(guò)干燥獲得石墨烯量子點(diǎn)粉末。與現(xiàn)有技術(shù)相 t匕，本發(fā)明的石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法解決了現(xiàn)有石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉 末制備方法工藝復(fù)雜、成本高等問(wèn)題。本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單，能夠迅速放大制備出宏量 石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末，具有高產(chǎn)率，制備的石墨烯量子點(diǎn)尺寸分布均一、水溶性良好 等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其特征在于，從富勒烯出發(fā)，用化學(xué)氧 化切割制出石墨烯量子點(diǎn)懸浮液，然后去除懸浮液中的雜質(zhì)離子，最后通過(guò)干燥獲得石墨 烯量子點(diǎn)粉末。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其特征在于，所 述的化學(xué)氧化切割富勒烯是將前驅(qū)體富勒烯與濃硫酸在冰水浴中混合并同時(shí)攪拌，富勒烯 與濃硫酸的用量為〇. 5g富勒烯配比濃硫酸10?100ml，攪拌速度100?IOOOrpm ;然后緩 慢加入硝酸鈉、高錳酸鉀，硝酸鈉的用量是所用富勒烯質(zhì)量的〇?3倍，高錳酸鉀的用量為 所用富勒烯質(zhì)量的1?6倍；高錳酸鉀加入完成后，冰水浴0?90min，然后將冰水浴換成 恒溫水浴，溫度為20?40°C，保溫IOmin?24h ;然后加入純水，所用純水為前述富勒烯、濃 硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀混合液體積的2?5倍；將水浴溫度升溫至70?KKTC，保溫0? 90min〇
3. 如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其特征在于，所 述去除懸浮液中的雜質(zhì)離子是將用化學(xué)氧化切割制出的石墨烯量子點(diǎn)懸浮液過(guò)濾去除大 顆粒，所用濾膜的孔徑為〇. 01?〇. 22um，然后在透析袋中透析，每天換水三次，所用透析袋 的截留分子量為500?14000,得到石墨烯量子點(diǎn)懸浮液。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其特征在于，所 述干燥是將去除了懸浮液中的雜質(zhì)離子后得到的懸浮液常溫干燥或者在烘箱、電爐、冷凍 干燥機(jī)中干燥得到石墨烯量子點(diǎn)粉末。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨烯量子點(diǎn)懸浮液和粉末的制備方法，其特征在于， 所述前驅(qū)體富勒烯為 C20、C36、C44、C50、C60、C70、C76、C80、C84、C90、C94、C120、C180、C540 中的一種或者多種，所述濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104211050SQ201410336362
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】朱彥武, 陳冠雄 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)