[发明专利]一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯，尤其是涉及一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的蜂窝状结构，是构成其他维数碳材料的基本结构单元——可以包覆成零维富勒烯，卷曲成一维碳纳米管，或者堆垛成三维石墨。自2004年被首次制备以来，石墨烯就以其独特的结构和优异的性能而受到广泛的关注，在电子器件、生物、能源、材料与催化等领域都显示出诱人的应用前景。近年来，人们已经在石墨烯的制备方面取得了许多积极的进展，发展了微机械剥离法、晶体外延生长法、化学氧化法、化学气相沉积法和有机合成法等多种制备方法。然而，纯的石墨烯本身是零能隙的半导体，不能直接作为高效的场效应晶体管。如何打开石墨烯能隙，并保持其高的载流子迁移率是目前石墨烯领域面临的一大挑战。

目前，打开石墨烯能隙的方法主要有两种。一是利用量子限域效应，将石墨烯由二维平面结构裁剪成宽度为10nm左右或以下的石墨烯纳米带（GNRs）结构，从而打开能隙（Sun XL等,Science,2008,319,1229-1232）。石墨烯纳米带因其特殊的边缘限域效应而具有灵活可调的电学性质。GNRs的制备方法主要有刻蚀法（Bai JW等,Nano Lett.,2009,9,2083–2087）、化学气相沉积法（Liu ZF等,J.Am.Chem.Soc.,2011,133,17578-17581）、有机合成法（Cai JM等,Nature,2010,466(7305),470-473）和碳纳米管氧化切割法（Kosynkin DV等.Nature,2009,458,872-876）等，然而，这些方法都难以实现GNRs的大规模、高质量、尺寸可控制备。另一种打开石墨烯能隙的方法是基于石墨烯的化学修饰。如，石墨烯的氧化反应（Sun XM等,Nano Res.,2008,1,203-212），Birch还原氢化反应（Billups WE等,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,18689-18694），重氮盐修饰反应（Hirsch A等,Nature Chem.,2011,20,279-286），表面等离子体刻蚀（Gokus T,ACS Nano,3,12,3963-3968）等。此外，氧化石墨烯经适度还原后也能发射蓝色的荧光（Eda G等,Adv.Mater.,2010,22,505-509）。然而，这些石墨烯化学修饰方法大多缺乏足够的可控性，所获材料的分散性和光致发光效率也都不尽如人意。因此，开发一种石墨烯化学修饰方法，制备高分散和高发光效率的石墨烯纳米材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯荧光纳米材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将石墨粉加入四氢呋喃溶液中分散；

2）在步骤1）所得石墨粉四氢呋喃分散液中依次加入碱金属和萘，搅拌；

3）在步骤2）所得的混合溶液中加入卤代有机试剂反应；

4）将步骤3）所得的固体产物洗涤，干燥；

5）以步骤4）所得产物为原料，重复步骤1)～4)，得石墨烯荧光纳米材料。

在步骤1）中，所述石墨粉可采用市售石墨粉或蠕虫石墨等；所述分散的条件可为：在氮气保护条件下进行超声分散。

在步骤2）中，所述碱金属可选自金属锂或金属钠等；所述石墨碳原子与碱金属的摩尔比可为1∶（4～30），所述碱金属与萘的摩尔比>1；所述搅拌的时间可为30～120min。

在步骤3）中，所述卤代有机试剂可选自卤代烷烃、卤代羧酸、卤代羧盐、卤代酯等中的一种；所述反应可在氮气保护条件下反应，反应时间可为5～24h；所述卤代烷烃可选自溴代十二烷等；卤代羧酸可选自溴代己酸或溴代十一酸等；卤代酯可选自溴代己酸甲酯等。

在步骤4）中，所述洗涤可依次用乙醇、甲苯、乙醇和水进行洗涤；所述干燥可在60oC真空条件下干燥。

在步骤5）中，所述重复的次数可为2～40次；最好重复8次；制备得到的石墨烯荧光纳米材料可发射出明亮的蓝色荧光。

本发明以石墨粉为原料，在溶液相中对石墨烯片层进行循环烷基化修饰，石墨烯上所键连的烷基功能基团使修饰后的石墨烯在水溶液或常用有机溶剂中具有良好的分散性，有效避免了石墨烯的团聚。本发明制备得到的石墨烯荧光纳米材料可以发射出明亮的蓝色荧光。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明的石墨烯化学修饰方法为溶液相反应，反应的完全程度和均匀性好，制备的效率高。