一种基于石墨烯/硒纳米晶复合材料、薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/硒纳米晶光电复合材料及其合成方法，该方法利用一步还原氧化，实现硒纳米晶在石墨烯上均匀分散，实现了发光增强。利用该分散性好的特点，将复合材料与壳聚糖静电自组装，从而避免了发光粒子的浓度猝灭，实现发光增强。合成方法简单，高效，成本低廉，性能优异。性能优异。性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯/硒纳米晶复合材料、薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光电器件，具体涉及光电器件，以及光电薄膜。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种重要的新型光电材料，是由碳原子在二维空间堆积而成的单层结构，是世界上最薄的二维材料。碳原子之间通过σ键相连，碳原子形成的二维平面强度高，所有碳原子未配对的电子形成大π键，使石墨烯具有良好的电学性能。
[0003]Hummer法制备的氧化石墨烯因其表面含有大量的羟基和羧基，所以极易用于制备石墨烯复合材料。例如石墨烯/ZnS量子点，石墨烯/CdTe量子点，石墨烯/CdSe量子点等材料相继被制备出来，且复合后的荧光性能或者生物监测性能得到了较大的提升，但这些复合材料都是采用三步制备工艺，即制备石墨烯、制备量子点材料、将量子点与石墨烯进行复合。此反应过程不仅复杂，且由于量子点受环境因素如空气、湿度等，在储存过程中表面被腐蚀从而导致光强度降低。基于这个出发点，本专利技术首次发现硒纳米晶粒子的发光性能，并且实现石墨烯与Se纳米单质粒子的均匀复合。
[0004]还原法是合成Se纳米材料最常见的方法。通常是硒的前驱体，如NaSeSO3、H2SeO3，在还原剂(如NaBH4、Vc、壳聚糖、杂多酸等)所形成的还原性环境发生氧化还原反应，形成Se纳米粒子。粒径大，无荧光性质。Se纳米粒子的大小也决定了Se的许多性能，许多研究者通过各种方法来调节Se单质的大小。国立新加坡大学的Li Jing
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Liang构造了一种超分子的纤维模板，或者可以看做一种“笼”，这种笼的大小可控，从而在笼中生长的Se纳米颗粒可以实现37～500nm的尺寸控制。
[0005]静电自组装、LBL、LB法都是常用的自组装成膜方式，发光粒子形成薄膜一般会由于浓度猝灭导致发光性能降低。本专利技术通过控制发光粒子的均匀分散，调节薄膜材料不仅避免均匀发光，且实现了发光增强。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于制备了一种石墨烯/硒纳米晶光电复合材料，获得提高的光学性能。
[0007]本专利技术的另一个目的提供一种石墨烯/硒纳米晶光电复合材料的低温、简便的制备方法。安全、快速，产物粒径均一，分散均匀。
[0008]本专利技术的另一个目的还在于利用电荷效应，将该复合材料进一步与聚电解质复合，制备了聚电解质/石墨烯/硒纳米晶光电复合材料。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种石墨烯/硒纳米晶复合材料，硒纳米晶的粒径为40
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50nm。
[0010]本专利技术所采用的另一个技术方案是：一种上述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法。其制备方法包括：
[0011]步骤一、制备硒离子溶液；
[0012]步骤二、制备石墨烯；
[0013]步骤三、制备石墨烯/Se复合材料；
[0014]所述的，石墨烯/Se复合材料的制备方法为一步法。具体为，在新制备的石墨烯溶液中，惰性气氛下，快速加入硒离子溶液，升温继续反应1
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60min。所述的硒离子溶液选自NaHSe溶液、KHSe溶液、LiHSe溶液。优选为NaHSe溶液。所述惰性气氛选自氮气或氩气。所述反应温度为30
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80℃，优选为40
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60℃，进一步优选为60℃。所述石墨烯溶液与硒离子溶液的摩尔比为10:1
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1:10，优选为4:1
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1:4，进一步优选为1:1。所述一步法进一步为，将50ml GO溶液，调pH为7.5，通N
2 5min，然后再60℃下快速加入新制NaHSe溶液，溶液变为深黄色，反应10min，然后升温至90℃，逐渐变为红褐色。将产物离心，水洗三次，然后乙醇洗后烘干。
[0015]为了将石墨烯/Se复合材料构建成光电器件、电极等，本专利技术所采用的另一个技术方案是一种聚电解质/石墨烯/硒光电复合材料的制备方法：通过浸渍提拉工艺制备聚电解质/石墨烯/Se复合薄膜。
[0016]本专利技术还包括聚电解质/石墨烯/Se复合薄膜在光电器件、电极、探针等领域的应用。
[0017]所述的，制备聚电解质/石墨烯/Se复合薄膜的方法，采用自组装法，利用负载硒量子点的石墨烯表面具有大量的羧基、羟基，具有静电电荷，与聚电解质的电荷发生静电吸引，从而组装成聚合物薄膜。具体的，将石墨烯/Se复合溶液超声分散，调节其pH为6
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8；对基片进行酸洗、干燥备用；配置壳聚糖溶液；然后提拉法夹持基片后，依次在石墨烯/Se复合溶液、壳聚糖溶液中浸渍多次，形成多层薄膜。
[0018]所述聚电解质选自聚阴离子电解质或聚阳离子电解质，进一步优选为聚阳离子电解质。所述聚阳离子电解质进一步选自聚乙烯亚胺、聚丙烯胺盐酸盐、壳聚糖，进一步优选壳聚糖。所述壳聚糖的溶液的质量百分比浓度为0.2
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5％，优选为0.5
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2％，进一步优选为1％。
[0019]所述基片为ITO玻璃基片，所述基片在沉积薄膜前需进行表面处理；所述的表面处理为将刻蚀的ITO玻璃基片分别用丙酮溶液、半导体洗液、去离子水、异丙醇进行超声清洗,然后进行氧等离子的ITO表面处理。所述基片可以由采用玻璃电极进行代替，通过在电极表面进行沉积获得发光导电电极。
[0020]硒离子溶液具有强还原性，其本身具有不稳定的特点，在空气中容易氧化。本专利技术通过设置惰性气氛，同时利用新鲜的硒离子溶液，快速加入石墨烯溶液，使硒单质在石墨烯层状表面逐渐沉淀，控制反应温度，使氧化石墨烯和还原性硒离子发生氧化还原反应，通过调节反应时间、气氛和温度，所制备的硒单质粒子为纳米晶体，尺寸较小，粒径均一，集中在40
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50nm，结晶性能优异。通过与GO复合后，发光性能进一步提升。
[0021]本专利技术成功地通过静电自组装构建了聚电解质/石墨烯/硒纳米晶复合薄膜。聚电解质一方面赋予薄膜优异的电学性能，另一方面通过聚电解质的负载，实现与发光纳米粒子的复合，提高发光薄膜的光强度，有助于器件化应用。
【附图说明】
[0022]图1为石墨烯/Se纳米晶复合材料的X射线衍射图。
[0023]图2为石墨烯/Se纳米晶复合材料扫描电镜图。
[0024]图3为壳聚糖/石墨烯/Se纳米晶复合材料扫描电镜图。
[0025]图4为石墨烯、石墨烯/Se纳米晶、壳聚糖/石墨烯/Se纳米晶复合材料的发光光谱图。
【具体实施方式】
[0026]实施例1：一步法制备石墨烯/硒纳米晶
[0027]步骤一、取去离子水于玻璃瓶中，通氮气除水中的氧，称取Se粉放入上述瓶中，继续通氮气，再取NaBH4于瓶中密闭，持续通氮气至Se粉溶解完全，停通氮气，冰浴避光待用。
[0028]步骤二、采用Hummer法制备石墨烯GO。
[0029]步骤三、将50ml GO溶液，调pH为7.5，通N
2 5min，然后在60℃下加入新制N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/硒纳米晶光电复合材料，其特征在于：硒纳米晶均匀分散于石墨烯之中，硒纳米晶的粒径为40
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50nm。2.根据权利要求1所述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法，包括：步骤一、制备硒离子溶液；步骤二、制备石墨烯溶液；步骤三、制备石墨烯/Se复合材料，将步骤一中新制备的硒离子溶液快速加入到步骤二中新制备的石墨烯溶液，混合搅拌一定时间。3.根据权利要求2所述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法，在新制备的石墨烯溶液中，惰性气氛下，快速加入硒离子溶液，升温继续反应1
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60min。4.根据权利要求2所述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法，所述的硒离子溶液选自NaHSe溶液、KHSe溶液、LiHSe溶液，优选为NaHSe溶液。5.根据权利要求2所述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法，所述惰性气氛选自氮气或氩气。6.根据权利要求2所述石墨烯/硒量子点光电复合材料的制备方法，所述反应温度为30
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80℃，优选为40
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【专利技术属性】
技术研发人员：舒欣，龙辉，谢彬彬，
申请(专利权)人：南京贝迪新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：