一种铋量子点的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铋量子点的制备方法，包括：(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，再进行探头式超声，得到第一超声液；然后对所述第一超声液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；(3)对所述第二超声液在2000‑7000rpm下进行低速离心，收集第一上清液，对所述第一上清液在9000‑12000rpm下进行高速离心，收集第二上清液，得到铋量子点。该方法工艺简单易操作、重现性好，易制得尺寸可控的单分散性好的铋量子点。本发明专利技术还提供了制得的铋量子点。

A kind of bismuth quantum dots and their preparation methods

The invention provides a preparation method of bismuth quantum dots, which comprises: (1) dispersing bismuth powder in an organic solvent and obtaining the dispersing liquid; (2) first water bath ultrasound is carried out on the dispersions, then the probe ultrasonic is performed, the first ultrasonic liquid is obtained, and then the first ultrasonic liquid is second water bath ultrasound, and second is obtained. Ultrasonic fluid; (3) the second supersonic fluid was centrifuged at low speed under 2000 7000rpm, and the first supernatant was collected. The first supernatant was centrifuged at high speed under the 9000 12000rpm, and the second supernatant was collected, and the bismuth quantum dots were obtained. The method is simple, easy to operate and has good reproducibility. It is easy to make the size controlled bismuth quantum dots with good dispersion. The invention also provides a prepared bismuth quantum dot.

【技术实现步骤摘要】
一种铋量子点及其制备方法
本专利技术涉及二维材料领域，特别是涉及一种铋量子点及其制备方法。
技术介绍
二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜。英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈·盖姆和克斯特亚·诺沃消洛夫在2004年以胶带法第一次制得石墨烯。此后黑磷(磷烯)、硅烯、锗烯、锑烯、氮化硼、二硫化钼等一系列只有单原子层厚度的准二维材料相继被发现。铋烯(Bismuthene)是一种由块体金属铋剥离而来的二维材料，具有类似石墨烯的结构。但铋烯为具0.306eV能隙的直接带隙半导体(导带底部和价带顶部在同一位置)，可与光直接耦合，吸收光谱范围较广。此外，由于铋元素的生物相容性强，生物毒性小，故铋烯在光学、电学、生物医药学等方面有着广阔的应用潜力。而二维铋烯片层结构在生物载药、光热、光动力治疗等领域是一种潜在的生物医学基底材料。目前，通过机械剥离法(如透明胶带撕分法)、化学气相沉积法等技术来制备片层铋烯材料。但是，机械剥离法制备的片状铋烯材料的产率较低，不适合商业化生产，且操作繁琐、耗时长；而化学气相沉积法制备的铋烯的量较少，且不易重复。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种铋量子点及其制备方法，该制备方法通过将探针超声和水浴超声相结合，通过协同作用以实现对铋粉的剥离，获得单分散性好、尺寸均一的铋量子点。该方法的工艺简单易操作，重现性好、铋量子点的产量或产率较高，易实现低成本产业化生产。第一方面，本专利技术提供了一种铋量子点的制备方法，包括以下步骤：(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；其中，铋粉在分散液的浓度为0.5-10mg/mL；(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，所述第一次水浴超声的功率为400-600W，时间为1-6小时；再在功率为1080-1800W下进行探头式超声10-24小时，得到第一超声液；然后对所述第一超声液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；其中，所述第二次水浴超声的功率为400-600W；(3)对所述第二超声液在2000-7000rpm下进行低速离心，收集第一上清液，对所述第一上清液在9000-12000rpm下进行高速离心，收集第二上清液，得到铋量子点。可选地，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、异丙醇、三氯甲烷和二氯甲烷中的一种或多种，但不限于此。所用有机溶剂的表面能与二维层状铋烯材料的表面能相匹配，二者之间存在一定的相互作用平衡了剥离铋粉所需要的能量。可选地，所述铋粉的粒径不超过75μm。例如55-70μm、1-50μm、2-45μm或1-4μm。进一步可选地，所述铋粉的粒径不超过50μm。本专利技术实施例中，所述第一次水浴超声的功率可以为400W、450W、500W、550W、580W或600W。可选地，所述第一次水浴超声的功率为420-600W。可选地，所述第二次水浴超声的时间为1-6小时。进一步可选为1-3小时。其中，所述第二次水浴超声的功率可以为400W、450W、500W、550W、580W或600W。可选地，所述第二次水浴超声的功率为420-600W。所述第二次水浴超声的功率或时间可以与所述第一次水浴超声的功率或时间相同或不同。本专利技术实施例中，所述探针式超声的功率可以为1100W、1200W、1300W、1400W、1500W、1600W或1700W。可选地，所述探头式超声的功率为1200-1700W。本专利技术实施例中，所述探针式超声的时间可以为10h、12h、15h、20h或24h。可选地，所述探头式超声的时间为12-24小时。可选地，所述探针式超声是在温度不超过10℃的冰浴条件中进行。优选地，所述探针式超声时的温度为0-10℃，进一步优选为4-10℃。所述冰浴条件，是指在所述探针式超声过程中，将装有待超声的溶液的容器置于装有冰块的另一容器(如烧杯、试管)中。可选地，所述第一次水浴超声是在温度为5-10℃下进行。可选地，所述第二次水浴超声是在温度为5-10℃下进行。可选地，步骤(3)中，所述低速离心的离心时间为15-30min。可选地，所述“对所述第二超声液在2000-7000rpm下进行低速离心”，包括：先对所述第二超声液在2000-4000rpm下进行第一低速离心，收集第一上清液A，再对所得第一上清液A在5000-7000rpm下进行第二低速离心，收集得到所述第一上清液。进一步地，所述第一低速离心的离心时间为10-30min。例如为12、15、20、25或30min。进一步地，所述第二低速离心的离心时间为10-30min。例如为12、15、20、25或30min。可选地，步骤(3)中，所述高速离心的离心速度为10000-12000rpm。优选地，所述步骤(3)中，在所述收集第二上清液之后，还包括：对所述第二上清液在15000-18000rpm下进行超高速离心10-30min，收集固体沉淀，得到铋量子点。所述超高速离心得到的沉淀(即铋量子点)可以再分散到第二溶剂中，得到含铋量子点的溶液。可选地，所述第二溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇和异丙醇中的一种或多种。可选地，所述超高速离心的离心速度为16000-18000rpm。本专利技术中，对铋粉分散液的第一次水浴超声是通过超声空泡效应将铋粉初步打碎，使其部分溶入有机溶剂中，可避免直接采用探头式超声对超声探头的损耗，延长超声时间；接下来的探针式超声是将初步打碎的铋粉大量地打碎、剥离成铋的二维片层结构，使其大量溶入有机溶剂中；最后的第二次水浴超声可将剥离后的铋的二维片层结构进一步打碎成更小的颗粒，得到铋量子点，且进一步保证不会团聚，以便后续进行离心纯化处理。本专利技术第一方面提供的铋量子点的制备方法，将探针超声和水浴超声相结合的液相剥离法，通过协同作用以实现对铋粉的剥离，此方法工艺简单易操作，产率较高，相比目前的机械剥离法及化学气相沉积法等有明显的优势，可获得尺寸可控的单分散性好的铋量子点，易实现低成本产业化生产。这为铋量子点在生物医学领域中的应用奠定基础。第二方面，本专利技术还提供了由上述制备方法制备得到的铋量子点。量子点是指各个维度的尺寸均在纳米级别的材料。其中，所述铋量子点的横向尺寸在20nm以下，所述铋量子点的厚度在20nm以下。本专利技术中，所述铋量子点的横向尺寸是指铋量子点的横向尺寸(长度和宽度)。可选地，所述铋量子点的横向尺寸在15nm以下；例如为1-15nm。优选地，所述铋量子点的横向尺寸在10nm以下。进一步优选为1-10nm。可选地，所述铋量子点的厚度在15nm以下。可选地，所述铋量子点的厚度为0.3-15nm。进一步地，所述铋量子点的厚度在10nm以下。其中，所述铋量子点包括一层铋烯或多层的单层铋烯在垂直其平面方向上重复堆叠而成。可选地，所述铋量子点为1～32个原子层厚度。即，由1-32层的单层铋烯堆叠而成。可选地，所述铋量子点的厚度为可选地，所述铋量子点为1～10层的铋烯堆叠而成。所述铋量子点的厚度为0.3-3nm。本专利技术中，所述铋量子点的形状为二维层状材料。可选地，所述铋量子点的形状包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铋量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；其中，铋粉在分散液的浓度为0.5‑10mg/mL；(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，所述第一次水浴超声的功率为400‑600W，时间为1‑6小时；再在功率为1080‑1800W下进行探头式超声10‑24小时，得到第一超声液；然后对所述第一超声液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；其中，所述第二次水浴超声的功率为400‑600W；(3)对所述第二超声液在2000‑7000rpm下进行低速离心，收集第一上清液，对所述第一上清液在9000‑12000rpm下进行高速离心，收集第二上清液，得到铋量子点。

【技术特征摘要】
1.一种铋量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铋粉分散在有机溶剂中，得到分散液；其中，铋粉在分散液的浓度为0.5-10mg/mL；(2)先对所述分散液进行第一次水浴超声，所述第一次水浴超声的功率为400-600W，时间为1-6小时；再在功率为1080-1800W下进行探头式超声10-24小时，得到第一超声液；然后对所述第一超声液进行第二次水浴超声，得到第二超声液；其中，所述第二次水浴超声的功率为400-600W；(3)对所述第二超声液在2000-7000rpm下进行低速离心，收集第一上清液，对所述第一上清液在9000-12000rpm下进行高速离心，收集第二上清液，得到铋量子点。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铋粉的粒径不超过75μm。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、异丙醇、三氯甲烷和二氯甲烷中的一种或多种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次水浴超声的功率为420-600W；所述第二次水浴超声的时间为1-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，黄浩，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44