一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法技术

一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法，涉及石墨烯。1）将石墨粉加入四氢呋喃溶液中分散；2）在步骤1）所得石墨粉四氢呋喃分散液中依次加入碱金属和萘，搅拌；3）在步骤2）所得的混合溶液中加入卤代有机试剂反应；4）将步骤3）所得的固体产物洗涤，干燥；5）以步骤4）所得产物为原料，重复步骤1)～4)，得产物。反应的完全程度和均匀性好，制备的效率高。可通过使用含不同官能团的烷基来修饰石墨烯，获得水溶性或者油溶性的石墨烯荧光纳米材料来满足不同的应用需求。可实现石墨烯功能化程度的有效控制，实现石墨烯能隙的有效调控。制备得到的产物具有较大的荧光发光效率。所有操作均在室温下完成，制备工艺能耗低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及石墨烯。1）将石墨粉加入四氢呋喃溶液中分散；2）在步骤1）所得石墨粉四氢呋喃分散液中依次加入碱金属和萘，搅拌；3）在步骤2）所得的混合溶液中加入卤代有机试剂反应；4）将步骤3）所得的固体产物洗涤，干燥；5）以步骤4）所得产物为原料，重复步骤1)～4)，得产物。反应的完全程度和均匀性好，制备的效率高。可通过使用含不同官能团的烷基来修饰石墨烯，获得水溶性或者油溶性的石墨烯荧光纳米材料来满足不同的应用需求。可实现石墨烯功能化程度的有效控制，实现石墨烯能隙的有效调控。制备得到的产物具有较大的荧光发光效率。所有操作均在室温下完成，制备工艺能耗低。【专利说明】
本专利技术涉及石墨烯,尤其是涉及一种石墨烯突光纳米材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的蜂窝状结构，是构成其他维数碳材料的基本结构单元——可以包覆成零维富勒烯，卷曲成一维碳纳米管，或者堆垛成三维石墨。自2004年被首次制备以来，石墨烯就以其独特的结构和优异的性能而受到广泛的关注，在电子器件、生物、能源、材料与催化等领域都显示出诱人的应用前景。近年来，人们已经在石墨烯的制备方面取得了许多积极的进展，发展了微机械剥离法、晶体外延生长法、化学氧化法、化学气相沉积法和有机合成法等多种制备方法。然而，纯的石墨烯本身是零能隙的半导体，不能直接作为高效的场效应晶体管。如何打开石墨烯能隙，并保持其高的载流子迁移率是目前石墨烯领域面临的一大挑战。 目前，打开石墨烯能隙的方法主要有两种。一是利用量子限域效应，将石墨烯由二维平面结构裁剪成宽度为1nm左右或以下的石墨烯纳米带(GNRs)结构，从而打开能隙(Sun XL等，Science, 2008，319，1229-1232)。石墨烯纳米带因其特殊的边缘限域效应而具有灵活可调的电学性质。GNRs的制备方法主要有刻蚀法(Bai JW等，Nano Lett.，2009，9，2083 - 2087)、化学气相沉积法(Liu ZF 等，J.Am.Chem.Soc.,2011，133，17578-17581)、有机合成法(Cai JM等,Nature, 2010, 466(7305), 470-473)和碳纳米管氧化切割法(Kosynkin DV等.Nature, 2009, 458，872-876)等，然而，这些方法都难以实现GNRs的大规模、高质量、尺寸可控制备。另一种打开石墨烯能隙的方法是基于石墨烯的化学修饰。如，石墨烯的氧化反应(Sun XM 等，Nano Res.，2008，1，203-212)，Birch 还原氢化反应(Billups WE等,J.Am.Chem.Soc., 2012, 134, 18689-18694),重氮盐修饰反应(Hirsch A 等,NatureChem.，2011，20，279-286)，表面等离子体刻蚀(Gokus T, ACS Nano, 3，12，3963-3968)等。此外，氧化石墨烯经适度还原后也能发射蓝色的荧光(Eda G等，Adv.Mater.，2010, 22，505-509)。然而，这些石墨烯化学修饰方法大多缺乏足够的可控性，所获材料的分散性和光致发光效率也都不尽如人意。因此，开发一种石墨烯化学修饰方法，制备高分散和高发光效率的石墨烯纳米材料是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。 本专利技术包括以下步骤: I)将石墨粉加入四氢呋喃溶液中分散； 2)在步骤I)所得石墨粉四氢呋喃分散液中依次加入碱金属和萘，搅拌； 3)在步骤2)所得的混合溶液中加入卤代有机试剂反应； 4)将步骤3)所得的固体产物洗涤，干燥； 5)以步骤4)所得产物为原料，重复步骤I)?4)，得石墨烯荧光纳米材料。 在步骤I)中，所述石墨粉可采用市售石墨粉或蠕虫石墨等；所述分散的条件可为:在氮气保护条件下进行超声分散。 在步骤2)中，所述碱金属可选自金属锂或金属钠等；所述石墨碳原子与碱金属的摩尔比可为1: (4?30)，所述碱金属与萘的摩尔比>1 ;所述搅拌的时间可为30?120min。 在步骤3)中，所述卤代有机试剂可选自卤代烷烃、卤代羧酸、卤代羧盐、卤代酯等中的一种；所述反应可在氮气保护条件下反应，反应时间可为5?24h ;所述卤代烷烃可选自溴代十二烷等；卤代羧酸可选自溴代己酸或溴代十一酸等；卤代酯可选自溴代己酸甲酯坐寸ο 在步骤4)中，所述洗涤可依次用乙醇、甲苯、乙醇和水进行洗涤；所述干燥可在60oC真空条件下干燥。 在步骤5)中，所述重复的次数可为2?40次；最好重复8次；制备得到的石墨烯荧光纳米材料可发射出明亮的蓝色荧光。 本专利技术以石墨粉为原料，在溶液相中对石墨烯片层进行循环烷基化修饰，石墨烯上所键连的烷基功能基团使修饰后的石墨烯在水溶液或常用有机溶剂中具有良好的分散性，有效避免了石墨烯的团聚。本专利技术制备得到的石墨烯荧光纳米材料可以发射出明亮的蓝色荧光。 本专利技术的有益效果如下: (I)本专利技术的石墨烯化学修饰方法为溶液相反应，反应的完全程度和均匀性好，制备的效率高。 (2)本专利技术可以通过使用含不同官能团的烷基来修饰石墨烯，以获得水溶性或者油溶性的石墨烯荧光纳米材料来满足不同的应用需求。 (3)本专利技术所采用的循环烷基化修饰方法，可以实现石墨烯功能化程度的有效控制，进而实现石墨烯能隙的有效调控。 (4)本专利技术制备得到的石墨烯荧光纳米材料具有较大的荧光发光效率。 (5)本专利技术所有操作均在室温下完成，石墨烯荧光纳米材料制备工艺能耗低。 【专利附图】【附图说明】 图1为市售石墨粉(左)和本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料(右)的氯仿分散液。 图2为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的扫描电子显微镜图。 图3为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的透射电子显微镜图。 图4为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的原子力显微镜图。 图5为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的紫外吸收光谱图。 图6为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的激发光谱图(测定波长为420nm)。 图7为本专利技术所得石墨烯荧光纳米材料的荧光光谱图(激发光波长为345nm)。 【具体实施方式】 以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。 实施例1 (I)将50mg石墨粉加入150mL新鲜干燥过的四氢呋喃溶液，在氮气保护条件下超声分散3min，然后在该分散液中依次加入0.88g金属锂和4.9g萘，持续搅拌35min。在上述混合物中逐步加入1-溴代十二烷，在氮气保护条件下继续反应12h。 (2)在上述反应产物中加入乙醇以除去未反应完全的金属锂。所得固体产物依次用乙醇、甲苯、乙醇和水洗涤，并于60° C真空条件下干燥，得到石墨烯纳米材料。 (3)以步骤(2)所得石墨烯纳米材料为原料，重复步骤(I)和(2)，得石墨烯荧光纳米材料。 图1为市售石墨粉和经过烷基化反应得到的石墨烯纳米材料的氯仿分散液，由图1可知，本专利技术得到的石墨烯纳米材料在氯仿中具有极好的分散性，而石墨粉几乎不能分散在氯仿中。图2为该石墨烯纳米材料的SEM图，由图2可知，本专利技术所得的石墨烯纳米材料为薄片结构，具有微米级尺寸。图3为本专利技术所得的石墨烯纳米材料的TEM图，由图3可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1）将石墨粉加入四氢呋喃溶液中分散； 2）在步骤1）所得石墨粉四氢呋喃分散液中依次加入碱金属和萘，搅拌； 3）在步骤2）所得的混合溶液中加入卤代有机试剂反应； 4）将步骤3）所得的固体产物洗涤，干燥； 5）以步骤4）所得产物为原料，重复步骤1)～4)，得石墨烯荧光纳米材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓顺柳，冯蓝，谢素原，黄荣彬，郑兰荪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35