本发明专利技术提供了一种用天然大分子制备的石墨烯量子点及其在制备量子点敏化太阳能电池中的应用，本发明专利技术具体是将淀粉等原料与硫酸进行水热反应即可生成石墨烯量子点。本发明专利技术充分利用天然大分子，如淀粉、乙基纤维素、麦芽糖醇、蔗糖等，通过水热法一步制备得到石墨烯量子点，制得的石墨烯量子点发光颜色可调控，性能稳定。本发明专利技术充分利用了石墨烯量子点的量子限边效应，与太阳能电池结合形成量子点敏化太阳能电池。本发明专利技术的石墨烯量子点制备方法简便易行、成本低廉，而且制备得到的石墨烯量子点稳定性好、产率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子点
，特别涉及一种用天然大分子制备的石墨烯量子点及其在制备量子点敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”，而石墨烯量子点因其较强的量子限边效应和带边效应而广受关注。石墨烯量子点是石墨烯家族中的新成员，石墨烯量子点除了具备石墨烯的大的比表面积、高的载流子迁移率等优异性能外，还有良好的化学惰性，较好的生物相容性等优点；还因为其尺寸极小而展现出了边界效应等一系列新的特性。正是由于石墨烯量子点的独特性质，目前已广泛应用于生物传感、光伏器件等诸多领域。
技术实现思路
针对现有的石墨烯量子点的制备方法，本专利技术的目的是提供了一种用天然大子制备的石墨烯量子点及其在制备量子点敏化太阳能电池中的应用，本专利技术采分用简单方便的水热法制备得到的石墨烯量子点稳定性好，本专利技术充分利用乙基纤维素、淀粉、蔗糖、麦芽糖醇等天然大分子，制备出水溶性的石墨烯量子点。制备所需原料均来源于生活，制备方法简单方便，具有较高的研究意义与价值。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种用天然大分子制备的石墨烯量子点，它通过以下步骤获得：(1) 将天然大分子作为碳源溶解在水中；(2) 向步骤(1)制得的溶液中加入浓硫酸，密封搅拌，作为前驱体溶液；(3) 将所述前驱体溶液移入反应釜内，放入烘箱中进行反应；(4) 将上述反应产物过滤，放入透析膜中透析，得到石墨烯量子点的水溶液，并进而得到石墨烯量子点。进一步的：所述步骤(1)中的天然大分子的质量与步骤(2)中的浓硫酸的质量比为1：1.5～3.5。进一步的：所述天然大分子选自乙基纤维素、淀粉、蔗糖、麦芽糖醇中的一种或几种。进一步的：所述步骤(3)中烘箱温度为140℃～180℃，时间为4～8小时。进一步的：所述步骤(4)透析膜为1000道尔顿，透析20～60小时，透析换水3～5次即可得到石墨烯量子点。本专利技术还提供了所述的石墨烯量子点在制备量子点敏化太阳能电池中的应用。进一步的：所述量子点敏化太阳能电池通过以下步骤制得：（1）、制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，经煅烧后制得二氧化钛薄膜；（2）、将二氧化钛薄膜浸泡于所述石墨烯量子点的水溶液中，得到量子点敏化太阳能电池的光阳极；（3）、将上述步骤制备的光阳极与对电极组合，并在中间加入液体电解质组装成量子点敏化太阳能电池。进一步的：所述步骤（2）中在石墨烯量子点的水溶液中浸泡时间为40～80小时。进一步的：所述步骤（3）中液体电解质由0.01～0.06 mol/L碘、0.08～0.12 mol/L碘化锂、0.4～0.8 mol/L四丁基碘化铵和0.4～0.6 mol/L 4－叔丁基吡啶的乙腈溶液组成。进一步的：所述量子点敏化太阳能电池的开路电压为0.3～0.6V、短路电流密度为0.3～0.7mA·cm-2、光电转换效率为0.1～0.3%。本专利技术采用上述技术方案后，主要有以下优点和技术效果：（1）、制备工艺简单。本专利技术以天然大分子为原料制备石墨烯量子点，只需一步合成即可得到，制备方法简单易行。（2）、绿色环保。本专利技术所需实验用品均对环境无不良影响，是环境友好型实验。（3）、制备成本低。本专利技术所需实验药品为天然大分子，反应物取自生活，制备成本低。（4）、可调控性大。本专利技术制得的石墨烯量子点发光颜色可调控，性能稳定。不同粒径的石墨烯量子点发光效果不一样，可通过粒径的调控或者pH调控获得不同颜色的石墨烯量子点。本专利技术的石墨烯量子点制备方法简便易行、成本低廉，而且制备得到的石墨烯量子点稳定性好、产率高。附图说明图1为本专利技术以麦芽糖醇为碳源所制备的石墨烯量子点的高倍透射图谱。图2为本专利技术以乙基纤维素为碳源所制备的石墨烯量子点紫外吸收图谱，百分比表示去离子水占总体积的百分比。图3为本专利技术以乙基纤维素为碳源所制备的石墨烯量子点的发射谱。图4为本专利技术以乙基纤维素为碳源所制备的石墨烯量子点在紫外灯照射下的发光效应。图5为本专利技术以蔗糖为碳源所制备的石墨烯量子点应用在太阳能电池的J-V曲线图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。实施例1一、本专利技术用天然大分子制备的石墨烯量子点通过以下步骤制得：1、将淀粉等作为碳源的原料称取0.3～0.6g，溶解在40mL去离子水中；操作均在常温搅拌下进行，做为碳源的原料要逐步添加进溶剂中；2、向步骤1制得的溶液中加入质量分数为98%的浓硫酸80～200μL，密封搅拌10～20分钟作为前驱体溶液；本专利技术中所述步骤(1)中的天然大分子碳源的质量与步骤(2)中的浓硫酸的质量比在1：1.5～3.5范围内，所述质量的单位为g，体积的单位为mL；3、将步骤2的所述前驱体溶液移入反应釜内，放入烘箱中进行反应，烘箱温度为140℃～180℃，时间为4～8小时；4、将上述反应产物用滤纸一次过滤，放入透析膜中透析20～60小时得到石墨烯量子点的水溶液；所述透析膜为1000道尔顿，换水3～5次。二、量子点敏化太阳能电池的制备将制得的石墨烯量子点用于制备量子点敏化太阳能电池，包括以下步骤：1、采用溶胶-水热法制备二氧化钛胶体，将二氧化钛胶体涂于FTO导电玻璃基体上，经400～500℃煅烧后制得二氧化钛薄膜；2、将上述步骤制备的二氧化钛薄膜浸泡于石墨烯量子点的水溶液中，浸泡40～80小时，得到量子点敏化太阳能电池的光阳极；3、将上述步骤制备的光阳极与铂对电极组合，并在中间加入液体电解质组装量子点敏化太阳能电池。所述液体电解质由0.01～0.06 mol/L碘、0.08～0.12 mol/L碘化锂、0.4～0.8 mol/L四丁基碘化铵和0.4～0.6 mol/L 4－叔丁基吡啶的乙腈溶液组成。本专利技术制得的所述量子点敏化太阳能电池开路电压为0.3～0.6V，短路电流密度为0.3～0.7mA·cm-2、光电转换效率为0.1～0.3%。实施例2、本专利技术用天然大分子制备的石墨烯量子点的性能测试1、为本专利技术以麦芽糖醇为碳源所制备的石墨烯量子点的高倍透射图谱。2、用紫外可见分光光度计进行测试。如图2所示是以乙基纤维素为碳源一步法制备的石墨烯量子点的紫外图谱。较明显的吸收峰在280纳米左右，百分比表示去离子水占总体积的百分比，且随量子点浓度降低吸收峰强度降低。3、用荧光光谱仪进行测试。如图3所示是以乙基纤维素为碳源一步法制备的石墨烯量子点的发射谱。在不同激发波长的作用下，发射谱峰值出红移现象，且在激发波长为350纳米左右发射谱峰值最高，峰位在450nm左右，溶液在紫外灯下呈蓝色。4、用365nm的紫外灯进行照射。如图4所示是以乙基纤维素为碳源制备的石墨烯量子点在紫外灯下发出蓝色光。5、图5为本专利技术以蔗糖为碳源所制备的石墨烯量子点应用在太阳能电池的J-V曲线图。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术所要求保护的技术方案的精神和范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：它通过以下步骤获得：(1) 将天然大分子作为碳源溶解在水中；(2) 向步骤(1)制得的溶液中加入浓硫酸，密封搅拌，作为前驱体溶液；(3) 将所述前驱体溶液移入反应釜内，放入烘箱中进行反应；(4) 将上述反应产物过滤，放入透析膜中透析，得到石墨烯量子点的水溶液，并进而得到石墨烯量子点。
【技术特征摘要】
1.一种用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：它通过以下步骤获得：(1) 将天然大分子作为碳源溶解在水中；(2) 向步骤(1)制得的溶液中加入浓硫酸，密封搅拌，作为前驱体溶液；(3) 将所述前驱体溶液移入反应釜内，放入烘箱中进行反应；(4) 将上述反应产物过滤，放入透析膜中透析，得到石墨烯量子点的水溶液，并进而得到石墨烯量子点。2.根据权利要求1所述的用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：所述步骤(1)中的天然大分子的质量与步骤(2)中的浓硫酸的质量比为1：1.5～3.5。3.根据权利要求1所述的用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：所述天然大分子选自乙基纤维素、淀粉、蔗糖、麦芽糖醇中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：所述步骤(3)中烘箱温度为140℃～180℃，时间为4～8小时。5.根据权利要求1所述的用天然大分子制备的石墨烯量子点，其特征在于：所述步骤(4)透析膜为1000道尔顿，透析20～60小时，透析换水3～5次即可得到石墨烯量子点。6.权利要求1所述的石墨烯量子点在制备量子点敏化太阳能电池中的应用。7.根据权利要求6所述的石墨烯量子...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，张悦，贺本林，陈海燕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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