本发明专利技术提供了一种煤中提取石墨烯量子点的方法，采用价格低廉易得的煤作为碳源，经过简单的化学氧化过程及后续简单的过滤、蒸发处理即得大量的水溶性石墨烯量子点。所获得的石墨烯量子点平面尺寸为1-100纳米，厚度为0.3-10纳米，且表面带有大量的羧基，表现出良好的荧光性质和电致化学发光活性。该方法高效、快速、简单、廉价，具备显著的经济和社会效益。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，采用价格低廉易得的煤作为碳源，经过简单的化学氧化过程及后续简单的过滤、蒸发处理即得大量的水溶性石墨烯量子点。所获得的石墨烯量子点平面尺寸为1-100纳米，厚度为0.3-10纳米，且表面带有大量的羧基，表现出良好的荧光性质和电致化学发光活性。该方法高效、快速、简单、廉价，具备显著的经济和社会效益。【专利说明】
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及。
技术介绍
发光纳米颗粒在光电子器件、生物标记以及生物医药领域具有重要的应用价值。半导体量子点如Cds，CdSe, CdTe, CdSe/ZnSe, PbS，Si等虽然具有尺寸可控、发射波长的范围较窄和较高的发光量子产率的优点，但是由于其水溶性不好、化学稳定性差且大部分具有较强毒性等缺点而使其应用受到很大的限制，特别是在生物医药领域。和上述常见的半导体量子点相比，石墨烯量子点(graphene quantum dots,GQDs)有很多优势，诸如良好的化学稳定性性和生物相容性以及低毒性等等，从而获得越来越多的重视。然而作为一种新兴的纳米材料，已经有少关于GQDs的制备方法。目前制备方法主要可以分为“bottom-up”和“top-down”两类。“bottom-up”方法主要是指通过热处理(包括水热、直接加热等)把某些特殊的有机物(如柠檬酸、葡萄糖、淀粉或某些较大分子量的芳香族化合物等)转化为水溶性的具有石墨烯结构特征的纳米片，“top-down”方法主要是指通过化学氧化、电化学氧化、水热或溶剂热等手段把某些大尺寸的碳材料(如碳纳米管、碳纤维、石墨、氧化石墨烯、碳黑等)切割成小尺寸的石墨烯纳米片。然而从大规模生产GQDs的角度考虑，这些方法都存在着不少明显的不足之处。例如仪器昂贵，过程复杂，产率低下，难以提纯等等，特别是所用的源材料都相对昂贵，不适用于大规模生产。因此搜索一种简单、有效、廉价、适合于大规模生产的合成GQDs的方法是一项非常有挑战性的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法操作简单、成本低廉，产率高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 包括以下步骤: a、将煤粉加入盐酸溶液中进行搅拌回流； b、停止回流，过滤，用去离子水反复洗涤煤粉，烘干； C、将干燥后的煤粉与硝酸溶液搅拌回流； d、停止回流，冷却，过滤，干燥滤液，即得石墨烯量子点粉末。步骤a所述的煤包括无烟煤、烟煤、亚烟煤、泥碳。步骤a所述的盐酸溶液的浓度为f 12 mol/L。步骤a所述的煤粉与盐酸溶液的用量比例为每IOOmL盐酸溶液中加入0.5~50g煤粉。步骤a所述的回流温度为20~200°C，回流时间为10~30h。步骤c所述的硝酸溶液的浓度为f 16 mol/L。步骤c所述的煤粉与硝酸溶液的用量比例为每IOOmL硝酸溶液中加入0.5~50g煤粉。步骤c所述的回流温度为20~200°C，回流时间为10~30h。步骤d所述的滤液干燥温度为20~200°C。所述的石墨烯量子点是平面尺寸为f 100纳米，厚度为0.3~10纳米的单层或多层石墨稀纳米片。本专利技术的显著优点在于:本专利技术采用廉价易得的煤作为原料，通过化学氧化从活性碳中提取水溶性GQDs。煤是一种天然的矿石燃料，大量并且广泛地分布于世界各地。煤中含有大量的石墨组分，并且这些石墨组分主要以纳米尺度的碎片形式存在。通过与氧化性酸回流，可以 使这些石墨结构的碎片表面被氧化成羧基，并被最终释放到溶液中。该制备方法除了原料廉价易得以外，其制备过程也特别简单，无需特殊的实验仪器，产品产率很高并且容易提纯，所得GQDs厚度均一(基本为单层)且平面尺度也相对均一，因此该方法特别适合于大规模生产GQDs。通过化学氧化法从煤中提取的GQDs水溶性好、荧光和电致化学发光性能良好。【专利附图】【附图说明】图1为GQDs的场发射透射电镜图(左)和原子力显微镜图(右)。图2为GQDs的拉曼光谱(a)、X射线粉末衍射图(b)、Cls的X射线光电子能谱(c)、红外吸收光谱(d)。图3为GQDs的紫外吸收光谱及不同激发波长条件下的发射光谱。插图为GQD水溶液在可见光及365nm紫外下的光学图片。图4为GQDs与K2S2OiJ^的共反应电致化学发光响应(虚线为GQDs身的电致化学发光响应；实线为GQDS与ImM的K2S2O8的共反应电致化学发光响应)。插图(a)为GQDs的湮灭形电致化学发光响应；(b)为GQDs与K2S2O8共反应物电致化学发光体系的电致化学发光光谱。【具体实施方式】为了更好的理解本专利技术，通过实例进一步说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1 将1.00克干燥的烟煤粉末加入到100 mL的5 mol/L盐酸中，在130°C的条件下回流24 h。待自然冷却至室温后，用滤纸过滤除去盐酸并把煤粉转移到100 mL的5 mol/L硝酸中，在130°C的条件下进一步回流24 h。待溶液自然冷却至室温后，用滤纸过滤，取出滤液，并控制加热器温度为150°C把所得滤液蒸干，得到红棕色粉末(约0.53克)，可以估算GQDs的产率约为53%。透射电镜和原子力显微镜(见图1)表明实验所得的GQDs主要是尺度约为10纳米、厚度约为0.5纳米的单层的纳米片。拉曼光谱、X射线粉末衍射图谱、X射线光电子能谱图和红外光谱(见图2)说明实验所得的GQDs中含有大量的石墨结构，并且其表面带有大量的羧基。所制备的GQDs具有良好的光学性质，其中包括具有明显的受激发波长影响的荧光活性(见图3)和具有煙灭机理(见图4a)及共反应机理(见图4b)的电致化学发光活性，其电致化学发光的最大发射波长大约为580纳米。实施例2 将50.00克干燥的无烟煤粉末加入到100 mL的12 mol/L盐酸中，在200°C的条件下回流30 h。待自然冷却至室温后，用滤纸过滤除去盐酸并把煤粉转移到100 mL的16 mol/L硝酸中，在200°C的条件下进一步回流30 h。待溶液自然冷却至室温后，用滤纸过滤，取出滤液，并控制加热器温度为200°C把所得滤液蒸干，得到红棕色GQDs粉末。实施例3 将25.00克干燥的亚烟煤粉末加入到100 mL的I mol/L盐酸中，在20°C的条件下回流30 h。待自然冷却至室温后，用滤纸过滤除去盐酸并把煤粉转移到100 mL的I mol/L硝酸中，在20°C的条件下进一步回流30 h。待溶液自然冷却至室温后，用滤纸过滤，取出滤液，并控制加热器温度为200°C把所得滤液蒸干，得到红棕色GQDs粉末。实施例4 将0.5克干燥的泥炭加入到100 mL的8 mol/L盐酸中，在100°C的条件下回流10 h。待自然冷却至室温后，用滤纸过滤除去盐酸并把煤粉转移到100 mL的8 mol/L硝酸中，在IOO0C的条件下进一步回流10 h。待溶液自然冷却至室温后，用滤纸过滤，取出滤液，并控制加热器温度为120°c把所得滤液蒸干，得到红棕色GQDs粉末。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。【权利要求】1.，其特征在于:包括以下步骤: a、将煤粉加入盐酸溶液中进行搅拌回流； b、停止回流，过滤，用去离子水反复洗涤煤粉，烘干； C、将干燥后的煤粉与硝酸溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤中提取石墨烯量子点的方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将煤粉加入盐酸溶液中进行搅拌回流；b、停止回流，过滤，用去离子水反复洗涤煤粉，烘干；c、将干燥后的煤粉与硝酸溶液搅拌回流；d、停止回流，冷却，过滤，干燥滤液，即得石墨烯量子点粉末。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：池毓务，董永强，林建鹏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。