一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法。制备单面选择性亲水石墨烯与单面选择性亲油石墨烯，在空气、己烷、水、四氯化碳构成的气液界面、液液界面自组装制备单层石墨烯薄膜；将量子点、纳米颗粒、纳米片等注入相应溶剂层，慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。本发明专利技术所述方法通过配置分层溶液省去了传统的转移步骤，使单分子薄膜免受破坏，适用于硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等，可制备多种石墨烯夹心分子器件，应用潜力巨大。

A Construction Method of Graphene Sandwich Molecular Devices

The invention provides a construction method of graphene sandwich molecular device. Single-layer graphene films were prepared by self-assembly at gas-liquid interface and liquid-liquid interface composed of air, hexane, water and carbon tetrachloride. Quantum dots, nanoparticles and nanosheets were injected into the corresponding solvent layer, and liquid was extracted slowly. Graphene sandwich molecular devices were constructed directly without transfer steps. The method of the invention saves the traditional transfer steps by configuring layered solution, makes the monomolecular film free from damage, is suitable for silicon quantum dots, carbon nanotubes, fullerenol, nanosheets, nanowires, metal nanoparticles, etc., and can prepare various graphene sandwich molecular devices with great application potential.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法
本专利技术涉及分子器件制备领域，尤其是一种亲油石墨烯与亲水石墨烯在液液界面与气液界面自组装薄膜后免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件的方法。
技术介绍
分子器件是纳米科技的核心和基础，指由具有光、电、离子、磁、热、机械和化学反应性能的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子或超分子层次上完成信息和能量的检测、转换、传输、存储与处理等功能的化学及物理系统。分子器件需要在分子尺度上对物质进行剪裁与组装，以单个分子、单层膜、纳米棒、纳米球等作为基本结构单元，采用合适的方法构造具有特定功能的结构和器件，这对试验方法提出了很高的要求。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，被认为是一种未来革命性的材料，是分子器件理想的构筑单元。但是，石墨烯是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集。另外，由于石墨烯即不亲油也不亲水，在普通溶剂中很难溶解，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。因此，如何在分子水平上确定石墨烯基分子器件的结构具有极大挑战。
技术实现思路
本专利技术提供一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法。首先，制备单面选择性氧化石墨烯材料，一面具备含氧基团，一面没有含氧基团，即单面选择性亲水石墨烯，利用油胺或油酸对单面选择性氧化石墨烯进行亲油性改性，得到单面选择性亲油石墨烯；然后，利用单面选择性亲水石墨烯的亲水疏水性与单面选择性亲油石墨烯材料的疏油亲油性，在空气、己烷、水、四氯化碳构成的气液界面、液液界面自组装制备单层石墨烯薄膜；其次，将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；最后，慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法，包括如下步骤：(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，清洗后，加入过量双氧水剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯；(2)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将油胺或油酸加入，加热并不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯；(3)利用己烷、水、四氯化碳其中两种或三种配置分层溶液，将单面选择性亲油石墨烯材料放入己烷和四氯化碳溶剂中，利用其特有的亲油疏油性，疏油面向上接触空气或者水溶液，亲油面向下接触己烷和四氯化碳，单面选择性亲油石墨烯分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(4)将单面选择性亲水石墨烯材料放入水中，利用其特有的疏水亲水性，疏水面向上接触空气或者己烷，亲水面在下接触水溶液，单面选择性亲水石墨烯材料分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(5)将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；(6)慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。步骤(1)中的熔盐法反应温度为400℃，反应时间为4-6小时，无水三氯化铁与石墨质量比为5∶1，氧化剂包括氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐，过氧化钠，浓酸为浓硫酸或者浓硫酸与浓硝酸的混合物，氧化插层时间为4-48h，温度为0-80℃，双氧水与三氯化铁的反应时间为1-4h，反应温度为室温。步骤(2)中的水与酒精的比为任意比例，单面选择性氧化石墨烯与油胺或油酸的质量比为50∶1-1∶50，加热温度为90-200℃，时间为0.5-24h。步骤(3)中的分层溶液为己烷/水、水/四氯化碳、己烷/水/四氯化碳三种组合，需要控制加入单面选择性亲油石墨烯的量，以免形成多层结构。步骤(4)中需要控制加入单面选择性亲水石墨烯的量，以免形成多层结构。步骤(5)中需要控制加入硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等的量，以免浓度过大，导致薄膜脱离界面。步骤(6)中需要控制抽取液体的速度，以免破坏薄膜结构。本专利技术具有如下优势：(1)本专利技术利用具备亲油疏油性差异的单面选择性亲油石墨烯与具备疏水亲水性差异的单面选择性亲水石墨烯产生的自驱动力，在气液界面和液液界面处自组装制备单层石墨烯薄膜，薄膜可控制在单原子层厚度，均匀性好，面积可以自由调控。(2)本专利技术制备石墨烯夹心分子器件过程中通过配置分层溶液省去了传统的转移步骤，使单分子薄膜免受破坏。(3)本专利技术方法适用于硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等，可制备多种石墨烯夹心分子器件，应用潜力巨大。(4)本专利技术所述方法制备工艺简单，对设备的要求较低，适于工业或实验室操作，具有巨大的应用前景。附图说明图1为本专利技术方法制备二阶石墨插层化合物的结构示意图。图2为本专利技术方法氧化剂与浓酸对FeCl3-GIC进行氧化插层的结构示意图。图3为本专利技术方法剥离氧化层后材料结构示意图。图4为本专利技术方法双氧水与三氯化铁反应后制备的单面选择性氧化石墨烯结构示意图。图5为本专利技术方法制备石墨烯夹心分子器件过程示意图。具体实施方式为便于理解本专利技术，本专利技术列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。实施例1(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热4h，制备出纯二阶石墨插层化合物，将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。(2)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸与10mL的浓硝酸的混合溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时，将360mg氯酸钠放入到溶液中，室温下搅拌12小时，将产物离心清洗。(3)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为1h，得到单面选择性氧化石墨烯。(4)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将过量油胺加入，100℃加热4h，不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯。(5)配置己烷与水分层溶液，将单面选择性亲油石墨烯材料放入己烷，单面选择性亲油石墨烯分散在气液界面，自组装成单层石墨烯薄膜。(6)将单面选择性亲水石墨烯材料放入水中，单面选择性亲水石墨烯材料分散在液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜。(7)将硅量子点在己烷中超声分散0.5h，吸取一部分溶液注射入己烷与水分层溶液的己烷中。(8)慢速抽取己烷液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。实施例2(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热4h，制备出纯二阶石墨插层化合物，将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。(2)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸与10mL的浓硝酸的混合溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时，将360mg氯酸钠放入到溶液中，室温下搅拌12小时，将产物离心清洗。(3)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为1h，得到单面选择性氧化石墨烯。(4)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将过量油胺加入，100℃加热4h，不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯。(5)配置己烷与水分层溶液，将单面选择性亲油石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法，包括如下步骤：(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，清洗后，加入过量双氧水剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯；(2)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将油胺或油酸加入，加热并不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯；(3)利用己烷、水、四氯化碳其中两种或三种配置分层溶液，将单面选择性亲油石墨烯材料放入己烷和四氯化碳溶剂中，利用其特有的亲油疏油性，疏油面向上接触空气或者水溶液，亲油面向下接触己烷和四氯化碳，单面选择性亲油石墨烯分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(4)将单面选择性亲水石墨烯材料放入水中，利用其特有的疏水亲水性，疏水面向上接触空气或者己烷，亲水面在下接触水溶液，单面选择性亲水石墨烯材料分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(5)将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；(6)慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法，包括如下步骤：(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，清洗后，加入过量双氧水剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯；(2)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将油胺或油酸加入，加热并不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯；(3)利用己烷、水、四氯化碳其中两种或三种配置分层溶液，将单面选择性亲油石墨烯材料放入己烷和四氯化碳溶剂中，利用其特有的亲油疏油性，疏油面向上接触空气或者水溶液，亲油面向下接触己烷和四氯化碳，单面选择性亲油石墨烯分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(4)将单面选择性亲水石墨烯材料放入水中，利用其特有的疏水亲水性，疏水面向上接触空气或者己烷，亲水面在下接触水溶液，单面选择性亲水石墨烯材料分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；(5)将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；(6)慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗中正，田华雨，张立云，
申请(专利权)人：盐城师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32