一種氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是由Sp2雜化的碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶體。石墨烯材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)自2004年被發(fā)現(xiàn)以來迅速成為繼碳納米管之后最引人注目的碳材料新秀，2010年授予石墨烯發(fā)現(xiàn)者諾貝爾物理學(xué)獎將這一研究熱點(diǎn)推向了一個新的高潮，高質(zhì)量石墨烯材料及其應(yīng)用已成為各國科學(xué)家競爭的又一科技制高點(diǎn)。隨著石墨烯的不斷發(fā)展，石墨烯量子點(diǎn)因良好生物兼容性，光學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，在生物成像方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，逐漸開始進(jìn)入科學(xué)家們的視野。然而目前所制備出的熒光石墨烯量子點(diǎn)在晶體質(zhì)量和光學(xué)性質(zhì)上還無法與傳統(tǒng)量子點(diǎn)相抗衡。目前在雜質(zhì)原子摻雜石墨烯量子點(diǎn)方面主要有氮，硫摻雜.，但是氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)卻鮮有人研究，而由于摻雜的氮原子和硫原子的協(xié)同效應(yīng)，氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)具有高達(dá)73%的熒光量子產(chǎn)率(相當(dāng)強(qiáng)的藍(lán)色熒光)，以及具有激發(fā)不依賴特征。
[0003]目前制備氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的研究方法甚少，并且許多方法都無法避免設(shè)備昂貴，操作麻煩耗時(shí)，工藝繁瑣，成品率低，雜質(zhì)較多，原料獲取困難等因素影響，從而限制了氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法，旨在解決目前制備氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的方法存在設(shè)備昂貴，操作麻煩耗時(shí)，工藝繁瑣，成品率低，雜質(zhì)較多，原料獲取困難，限制了氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)廣泛應(yīng)用的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種以氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)25-28%)作氮源，升華硫做硫源，通過尚溫尚壓水熱法制備氣硫共慘石墨稀量子點(diǎn)的制備方法，所述氣硫共慘石墨稀量子點(diǎn)的制備方法包括以下步驟:
[0006]制備石墨烯量子點(diǎn)，將一定量的前驅(qū)物芘與SO-1OOml發(fā)煙硝酸混合后，回流攪拌，將芘晶粒表面進(jìn)行硝基功能化處理，取出反應(yīng)物后過濾除酸后加入適量的NaOH調(diào)節(jié)PH值，采用300W超聲波分散處理后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯罐中水熱反應(yīng)，待自然冷卻后取出反應(yīng)物過濾透析后在70°C下干燥得到表面富含基團(tuán)并有優(yōu)異光學(xué)性能的石墨烯量子點(diǎn)；
[0007]將制備得到的石墨烯量子點(diǎn)溶于適量去離子水中后，按照反應(yīng)物比例緩慢加入適量的氨水混合均勻后，與適量的升華硫經(jīng)攪拌后充分混合均勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯罐中，在180-200°C下維持24h進(jìn)行水熱反應(yīng)，自然冷卻后取出反應(yīng)物經(jīng)過過濾透析后得到具有優(yōu)異光學(xué)性能的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)。
[0008]進(jìn)一步，所述將一定量的前驅(qū)物芘與80-100ml發(fā)煙硝酸混合后，在80-100°C溫度下回流攪拌。
[0009]進(jìn)一步，所述采用300W超聲波分散處理后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯罐中，在180-200°C溫度下水熱反應(yīng)10-12h。
[0010]進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯罐中，在180-200°c下維持24h進(jìn)行水熱反應(yīng)。
[0011]進(jìn)一步，所述氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的制備方法包括以下步驟:
[0012]I)稱取芘lg，發(fā)煙硝酸80ml緩慢攪拌攪拌均勻后，在80°C下回流攪拌12h，自然冷卻后取出；
[0013]2)將步驟I中制備的反應(yīng)物取出，采用0.22μπι微孔膜過濾除去廢液，并用去離子水清洗過濾物數(shù)次；
[0014]3)將步驟2中制備的反應(yīng)物加入0.4g NaOH，置于300W超聲分散lh，然后立即放入高溫反應(yīng)釜中，在180°C恒溫反應(yīng)12h;
[0015]4)待自然冷卻后，取出步驟3中制備的反應(yīng)物，用0.22μπι微孔膜去除固體雜質(zhì)后用3500Da透析袋透析48h去除反應(yīng)物中多余的離子；
[0016]5)取出步驟4中制備的反應(yīng)物，在70°C下蒸發(fā)烘干，最后得到石墨烯量子點(diǎn)。
[0017]進(jìn)一步，所述氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的制備方法包括以下步驟:
[0018]I)稱取所制備的石墨烯量子點(diǎn)0.lg，加入10ml去離子水，用超聲波300W降解1min使石墨烯量子點(diǎn)充分溶解于去離子水中后緩慢添加10ml氨水，在磁子攪拌條件下，按反應(yīng)物比例緩慢加入0.25g升華硫，攪拌30min使升華硫充分分散于混合物中；
[0019]2)將步驟I中的混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯罐中，在高溫反應(yīng)釜中維持180°C恒溫水熱反應(yīng)24h;
[0020]3)待自然冷卻后，取出步驟2中制備的反應(yīng)物，用0.22μπι微孔膜去除固體雜質(zhì)后用3500Da透析袋透析48h去除反應(yīng)物中多余的離子；
[0021]4)取出步驟3中制備的反應(yīng)物，在70°C下蒸發(fā)烘干，最后得到氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)。
[0022]本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述石墨烯量子點(diǎn)的制備方法制備的氮硫共摻石墨稀量子點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明提供的以氨水作氮源，升華硫作硫源，高溫高壓水熱法制備氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)及其制備方法，本發(fā)明獲得氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)在生產(chǎn)工藝上較為簡單可控，以設(shè)備要求低，具有一定工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)要求;在制備過程中以氨水作氮源，以升華硫作硫源避免了引入其它雜質(zhì)離子，同時(shí)原料獲取簡單;產(chǎn)品晶粒分布均勻，表面富含基團(tuán)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可穩(wěn)定分散于水中；光致發(fā)光激發(fā)峰集中于450nm，并且在365nm紫外光照射下發(fā)出明亮的藍(lán)色熒光，表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能;并且對生物細(xì)胞幾乎沒有毒性，具有良好的生物兼容性;根據(jù)所制備出的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)與P25 T12復(fù)合后制得的光催化復(fù)合材料在紫外光照射下，8分鐘光催化效率可達(dá)近60 %，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。
[0024]本發(fā)明所制備出的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)具有表面富含基團(tuán)，氮含量高達(dá)8.4%，硫含量8.8%，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可穩(wěn)定分散于水中，光致發(fā)光激發(fā)峰集中于450nm，光學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)所制備出的氮硫共摻雜石墨烯量子點(diǎn)/P25 T12復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化效果，可廣泛應(yīng)用于光催化，生物成像方面。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的制備方法流程圖。
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1制備的石墨烯量子點(diǎn)的透射電鏡(TEM)照片。
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1制備的石墨烯量子點(diǎn)的高倍透射電鏡(HRTEM)照片。
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的XPS能譜圖。
[0029]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)元素含量統(tǒng)計(jì)圖。
[0030]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)與石墨烯量子點(diǎn)熒光光譜對照圖。
[0031]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)的吸收譜。
[0032]圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)在365nm紫外照射下發(fā)光圖。
[0033]圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例3制備的氮硫共摻石墨烯量子點(diǎn)/P25T12復(fù)合材料在汞燈下光催化甲基橙溶液光催化效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳