一种石墨烯量子点的大规模制备方法技术

一种石墨烯量子点的大规模制备方法，包括将氧化石墨烯加入第一溶剂中，得到第一分散液，将还原剂加入第一分散液中，得到混合液；将混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟，冷却后进行固液分离，取固体，得到粗产物；将还原性多羟基醛及有机酸中的一种与粗产物进行混合，加入路易斯酸，混合均匀得到混合物，将混合物加入第二溶剂中，得到第二分散液；及将第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时，然后于120瓦～300瓦的超声环境下剥离2小时～3小时，分离纯化后得到石墨烯量子点的步骤。通过微波-溶剂热的方法完成大规模制备，工艺简单且氧化石墨烯利用率高，产率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制备
，特别是涉及一种石墨烯量子点的大规模制备方法。
技术介绍
自从2004年英国曼彻斯特大学的Andre Geim及Konstantin Novoselof首次成功剥离热解石墨并观测到石墨烯以来，学界内对于新型碳材料的研究热度就一直没有消退过。石墨烯的成功分离意味着理论对于二维晶体热力学不稳定的预言被破除，也就带来了许多新领域研究的可能。完美的石墨烯具有理想的二维结构，它由六边形晶格组成，每个碳原子通过σ键在晶格平面方向上与其他的三个碳原子结合，未成σ键的电子则作为π电子，组成了垂直于晶格平面的π轨道体系。π电子可在平面上任意移动。但更为重要的是，由于石墨烯特有的结构，其能带结构呈狄拉克锥的形式，而在狄拉克点上，石墨烯的导带和价带重合，因此在其狄拉克点上电子和空穴的有效质量皆为零，对应的电子和空穴的迁移率都相同且无限接近于无穷大，这意味着其载子既可以是空穴也可以是电子，且其载子迁移率极大，因此理想的石墨烯应当具有极好的导电性，预测其能够承受比铜高六个数量级的电流密度。目前的研究对于大片层的石墨烯已经有一系列激动人心的研究工作已经发表，而对于二维的片层尺度大小被束缚在玻尔半径的石墨烯及氧化石墨烯颗粒的研究，也正如火如荼的进行着。对于这样的石墨烯颗粒，由于保留了一定的氧化官能团或缺陷，且尺寸变小，故其能带并非连续，由此导致其载子可被激发。载子被激发后形成激子，而激子又被限制在了该石墨烯的三个空间方向的能带隙里，单层石墨烯厚度在1nm左右，片层大小在玻尔半径左右，由于这样的石墨烯对应的能带隙较大，这导致激子退激发后形成的激光发射波长较宽，具有极好的激光特性。而这类石墨烯颗粒，有类似无机材料中的半导体量子点所具有的特性，因此被称之为石墨烯量子点，石墨烯量子点的半径在波尔半径之内，其无毒无害，荧光波长窄，激光波长宽，在发光二级管（LED）和生物成像以及光伏器件和传感器上能起到极好的应用。目前对于石墨烯量子点的研究中，主要采用的制备方法有四种。这四种方法分别是对石墨烯进行再氧化的二次氧化法、从有机小分子出发的有机合成法、电子束或离子束蚀刻的方法以及对碳材料进行微观切割的方法。这当中，二次氧化法需要先制备出高品质的石墨烯材料，才能进行好后续的氧化步骤，成本较高，也不利于工业化；有机合成法所涉及工艺复杂且繁琐，不利于工业生产；电子或离子束蚀刻的方法则存在产量小，无法大批量生产的问题；对碳材料进行微观切割的方法也存在步骤复杂且产率较低的缺陷。因此，提出一种工艺简单，且能够大规模制备石墨烯量子点的方法，对于推动量子点研究的进展，是势在必行的。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种工艺简单、产率较高的石墨烯量子点的大规模制备方法，以大规模制备石墨烯量子点。一种石墨烯量子点的大规模制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯加入第一溶剂中，均匀分散得到第一分散液，将还原剂加入所述第一分散液中，均匀分散得到混合液；将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟，冷却后进行固液分离，取固体，得到粗产物；将还原性多羟基醛及有机酸中的一种与所述粗产物进行混合，加入路易斯酸，混合均匀得到混合物，将所述混合物加入第二溶剂中，均匀分散得到第二分散液；及将所述第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时，然后于120瓦～300瓦的超声环境下剥离2小时～3小时，分离纯化后得到所述石墨烯量子点。在其中一个实施例中，将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟的步骤之前，包括超声搅拌的步骤，所述超声搅拌的步骤具体为：将所述混合液于120瓦～300瓦的超声环境下搅拌0.5小时～4小时。在其中一个实施例中，将所述第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时的步骤之前，还包括超声分散的步骤，所述超声分散的步骤具体为：将所述第二分散液于120瓦～300瓦的超声环境中分散0.5小时～2小时。在其中一个实施例中，所述第一溶剂和第二溶剂均选自水、二甲氧基乙烷、聚乙烯醇的水溶液、丙三醇、三缩二乙二醇及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。在其中一个实施例中，所述第一分散液中，所述氧化石墨烯的浓度为2毫克/毫升～10毫克/毫升。在其中一个实施例中，所述还原剂选自柠檬酸、葡萄糖酸、甲酸、抗坏血酸、草酸、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、甲酸钠、抗坏血酸钠及草酸钠中的至少一种。在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯与所述还原剂的质量比为1:3～10。在其中一个实施例中，所述将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟的操作具体为：将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应5分钟～30分钟，取出补加所述第一溶剂后，继续于500瓦～800瓦的微波环境中反应5分钟～30分钟；其中，所补加的第一溶剂的体积为所述第一溶剂的初始体积的10%～15%。在其中一个实施例中，所述粗产物与所述还原性多羟基醛及有机酸中的一种的质量比为1:5～10。在其中一个实施例中，所述还原性多羟基醛为葡萄糖或己二醛。在其中一个实施例中，所述路易斯酸选自氯化铁、氯化铝、氯化锌、三氟化硼、氯化镁、氯化铜及氯化锂中的至少一种。在其中一个实施例中，所述有机酸选自柠檬酸、葡萄糖酸、甲酸、抗坏血酸及草酸中的至少一种。在其中一个实施例中，所述第二分散液中，所述混合物的浓度为0.1克/毫升～1克/毫升。在其中一个实施例中，所述路易斯酸的质量占所述混合物的质量的1%～3%。在其中一个实施例中，所述分离纯化后得到所述石墨烯量子点的步骤具体为：将所述于120瓦～300瓦的超声环境下剥离2小时～3小时得到的反应产物进行柱层析分离，然后真空旋蒸除去溶剂，得到所述石墨烯量子点；其中，所述柱层析的固定相为硅胶或聚丙烯酰胺，第一相展开剂为二氯甲烷和甲醇按体积比1:1～3进行混合的混合液，第二相展开剂为去离子水。上述石墨烯量子点的大规模制备方法通过微波-溶剂热的方法完成了石墨烯量子点的大量制备，工艺简单，有效地降低了成本，且反应量大，能够一次完成克级甚至是千克级的石墨烯量子点的制备，能够大规模制备石墨烯。同时，经过多次剥离后，可以将原料的氧化石墨烯完全利用，获得极高的产率。附图说明图1为一实施方式的石墨烯量子点的大规模制备方法的流程图；图2为实施例1制备得到的石墨烯量子点的荧光光谱图；...

【技术保护点】
一种石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氧化石墨烯加入第一溶剂中，均匀分散得到第一分散液，将还原剂加入所述第一分散液中，均匀分散得到混合液；将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟，冷却后进行固液分离，取固体，得到粗产物；将还原性多羟基醛及有机酸中的一种与所述粗产物进行混合，加入路易斯酸，混合均匀得到混合物，将所述混合物加入第二溶剂中，均匀分散得到第二分散液；及将所述第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时，然后于120瓦～300瓦的超声环境下剥离2小时～3小时，分离纯化后得到所述石墨烯量子点。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氧化石墨烯加入第一溶剂中，均匀分散得到第一分散液，将还原剂加入
所述第一分散液中，均匀分散得到混合液；
将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟，冷却后
进行固液分离，取固体，得到粗产物；
将还原性多羟基醛及有机酸中的一种与所述粗产物进行混合，加入路易斯
酸，混合均匀得到混合物，将所述混合物加入第二溶剂中，均匀分散得到第二
分散液；及
将所述第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时，然后
于120瓦～300瓦的超声环境下剥离2小时～3小时，分离纯化后得到所述石墨烯
量子点。
2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，
将所述混合液于500瓦～800瓦的微波环境中反应10分钟～60分钟的步骤之前，
包括超声搅拌的步骤，所述超声搅拌的步骤具体为：将所述混合液于120瓦～300
瓦的超声环境下搅拌0.5小时～4小时。
3.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，
将所述第二分散液于500瓦～800瓦微波环境中反应0.2小时～1小时的步骤之前，
还包括超声分散的步骤，所述超声分散的步骤具体为：将所述第二分散液于120
瓦～300瓦的超声环境中分散0.5小时～2小时。
4.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，
所述第一溶剂和第二溶剂均选自水、二甲氧基乙烷、聚乙烯醇的水溶液、丙三
醇、三缩二乙二醇及N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，
所述第一分散液中，所述氧化石墨烯的浓度为2毫克/毫升～10毫克/毫升。
6.根据权利要求1所述的石墨烯量子点的大规模制备方法，其特征在于，
所述还原剂选自柠檬酸、葡萄糖酸、甲酸、抗坏血酸、草酸、柠檬酸钠、葡萄
糖酸钠、甲酸钠、抗坏血酸钠及草酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明东，张麟德，
申请(专利权)人：深圳粤网节能技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：