一种关于蓝光石墨烯量子点的制备方法

摘要：

石墨烯量子点( Graphene quhaitum dot)是准零维的米材料，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著，具有许多独特的性质。这或将为电子学、光电学和电磁学域带来革命性的变化。应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等方面。石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领具有重要潜在应用。能实现单分子传感器，也可能催生超小型晶体管或是利用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制作化学传感器、太能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等。

产品名称：石墨烯量子点

别称：改性后的石墨烯量子点，蓝光石墨烯量子点，荧光蓝光石墨烯量子点

英文名称：Graphene Quhaitum Dots

粒度：1 nm

发光颜色：蓝光（Ex: 340 nm; Em: 440 nm）

溶剂：水

合成方法：在碱性条件下热融柠檬酸合成

在不同pH条件下合成，可制备粒径不同的石墨烯量子点

 

石墨烯量子点定义

量子点( Quhaitumdot)是由有限数目的原子构成，属于准零维材料，即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。外观恰似球形物或者类球形，其内部电子在各个方向的运动均会受到限制，因此量子限域效应非常明显。石墨烯量子点( Graphene Quhaitum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几个纳米以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。它的特性来源于石墨烯以及碳点，优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰

石墨烯量子点的性质

1)不高d性的金属元素如镉、铅等，属环保型星子点材料

2)结构非常稳定，耐强酸、强碱，耐光腐蚀(传统半导体星子点应用于光电化学器件易发生光氧化，导致性能下降和低的器件寿命)

3)厚度可薄到单原子层，而横向大小可减小到一个苯环的大小，却仍然保持高度的化学稳定性

4)带隙宽度范围可调，原则上可通过星子局域效应和边界效应在0～5e范围内调节，从而将波长范围从红外区扩展到可见光及深紫外区，满足各种技术对材料隙和特征波长的特殊要求

5)容易实现表面功能化，可稳定分散于常见溶剂，满足材料低成本加工处理的需求。这将为电子学、光电学和电磁学域帯来革命性的变化，其能够应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合粒系等方面，由于其能实现单分子传感器，也可能催生超小型晶体管或是利用半导体激光器所进行的芯片上通讯，用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等

石墨烯量子点的制备：

GQDS的合成方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上发

 

1.自上而下法是通过简单的物理化学作用，进行热解和机械剥离块状石墨，得到尺寸较小的GQDs，是最常用的制备方法，比如改进的 Hummers法、水热合成法、等离子体刻蚀法、电化学法、微波和超声辅助法等。自上而下制备GQDs的方法具有原料便易得，制备工艺简便易行，并且能够进行大规模制备等优点。通过此方法所得的GQDs边上含有丰富的含氧官能团，具有良好的溶解性，同时也有利于其进一步进行化学修饰，但是这种方法也存在很多不足，比如制备生产过程中需要特制的仪器设备，生产环境比较苛刻，且所得到的GQDs产率很低，碳环表面被大量含氧官能团修饰，破坏了六元环结构，自上而下的制备过程中不容易进行有效控制，最终得到的GQDs形貌和尺す分布不稳定。

 2.自下而上法是以多环芳香族化合物和具有芳香族环状分子的化合物为原料，通过化学反应合成GQDs，比如溶液化学合成法，富勒烯开笼法等。自下而上的方法多数可控性比较强，但操作步繁琐，而且操作复杂，得到的产品不宜提纯，另外一些方法需要苛刻的制备条件或特殊的仪器设备，从而限制了这些方法的进一步推广。因此开发一种同时具有粒径小、层数低并分布可控，原料来源丰富旦价廉，生产设备简单，制备过程简易、耗能低、生产效率高、产率高和无污染的可工业化量产的高质星GQD制备方法，仍然是纳米材料制备技术领域中急需解决的关键问题。

综上所述，开发一种兼顾粒径小、层数低并分布可控，原料来源丰富和价廉，生产设备简单，制备过程简易、耗能低、生产效率高、产率高和无污染的可工业化量产的高质量石월烯子点的制备方法，仍是纳米材料制备技术领域中急需解決的关键问题。

石墨烯量子点的性能

1.石墨烯量子点的紫外吸收性能

由于石墨烯量子点中的C=C双键结构，能够发生π-π跃迁，因此它能够在短波长范围内大量吸收光子。通常来说，会在紫外吸收谱260-320nm范围内显示出较强的吸收峰，并伴随延伸至可见光范围的拖尾。同时，由于n-π跃迁的影响，石墨烯量子点还有可能在270-390nm范围内出现肩峰。并且，由于表面修饰官能团和表面钝化的影响，紫外吸收峰的位置和峰形均会受到影响。

2.石墨烯量子点的光致发光性能

石墨烯量子点的发光性能是其最重要的性能，也是被研究人员研究最广泛和最贴近实际应用的性能。相比于球状的碳量子点来说，片层状结构的石墨烯量子点具有更加规整的晶状结构，因而会有更高的荧光量子产率。

石墨烯量子点的应用

1石墨烯量子点在催化领域的应用

鞠剑等利用预先合成的载体石墨烯量子点作为还原剂，负载银纳米粒子，形成复合电催化材料。银纳米粒子表面没有保护剂和表面活性剂。结果表明，该复合电催化材料的氧还原具有较高的活性。在碱性溶液中氧经４电子途径还原成水。与商用Pt/C催化剂相比，该催化材料具有较高的电流密度，稳定性良好。

2石墨烯量子点在检测领域的应用

Rhai等将石墨烯量子点应用于Ag+和巯基化合物的快速和无标记检测。研究表明，检测过程灵敏，选择性良好。在石墨烯量子点上的Ag纳米颗粒与巯基化合物间的强相互作用均对荧光发射起到猝灭作用。重要的是该检测过程避免了使用有机染料和其他有试剂进行化学改性。此外还有针对Mn2+、Eu3+等的石墨烯量子点检测方法的研究。

3石墨烯量子点在生物医学领域的应用

石墨烯量子点可以与无机或有机物通过能量共振转移等形式发生相互作用导致石墨烯量子点的荧光猝灭，根据这一特性，可以将其制作成生物传感器。石墨烯量子点在近红外光区有较强的光致荧光性能、荧光稳定性和较高的生物相容性，所以可以用于细胞和生物成像。

关于我们：

 上海金畔生物科技有限公司是国内的纳米靶向试剂及材料供应商，我公司实验室开发上市荧光量子点系列产品（Fluorescent Quhaitum Dot），我们可以提供4种不同核壳型的荧光量子包括有：CdSe/ZnS硒化镉-硫化锌量子点 ，CdS/ZnS硫化镉-硫化锌荧光量子点，InP/ZnS磷化铟-硫化锌荧光量子点，ZnSe/ZnS硒化锌-硫化锌荧光量子点四种。同时我们还提供不同表面配体的核壳型荧光量子点产品包括有：十八胺、alkyl、油酸、氨基和羧基。我们的Fluorescent nhaiocrystals产品还包括脂溶性的和水溶性的，水溶性的是通过外围包裹一层聚乙二醇PEG而实现水溶性的，表面可以修饰氨基和羧基。

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