[发明专利]一种硼掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硼掺杂石墨烯量子点及其制备方法，在1,3,6‑三硝基芘和硼砂的混合水溶液中一步水热合成制备硼元素掺杂的石墨烯量子点，制备的硼掺杂石墨烯量子点可发射黄色荧光，且具有良好的荧光稳定性能，放置3个月荧光强度仍保持初始荧光强度的99％。本发明高稳定性硼掺杂石墨烯量子点具有仿过氧化物酶反应活性，可以催化过氧化氢氧化3,5,3',5'‑四甲基联苯胺的显色反应。本发明硼掺杂石墨烯量子点对铁离子具有明显的选择性识别能力，铁离子可使硼掺杂石墨烯量子点的荧光信号发生淬灭，在3分钟内即达到相应稳定。

技术领域

本发明属于荧光材料及催化性能领域，具体涉及一种硼掺杂石墨烯量子点及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯量子点(GQDs)是准零维的碳纳米材料，其粒径一般小于100nm，厚度低于10层石墨烯厚度，除继承了石墨烯水溶性好、表面积大、载流子迁移速率高、机械柔韧性好及光学性能稳定等诸多优良性能之外，由于其尺寸小，还具有显著的量子局限效应和边缘效应，从而显示出荧光这一特殊的光致发光性能。这一性能使得GQDs荧光传感领域有着潜在的应用前景。然而，目前所合成出的GQDs存在着荧光量子产率不高、荧光稳定性不高、活性位点相对较少、选择性较差等问题，这些缺陷严重限制了GQDs的广泛应用。

近年来，研究者借鉴石墨烯的研究方法，发现GQDs内部的石墨烯结构经化学掺杂异原子后，整个共轭平面的电荷密度和带宽能隙会得到有效调节，从而改变电子的流动密度和跃迁方式，进而实现对其荧光性质、反应活性、催化性能等的调控。目前，较多研究集中在N,S等原子掺杂。而B原子因与碳原子电子及尺寸类似，掺杂难度较大，目前研究较少。

公开号为CN 104764782 A的中国发明专利文献公开了一种用于检测miRNA-20a的硼掺杂石墨烯量子点电化学发光传感器的制备及其应用，采用浓硫酸和石墨粉在强氧化剂的作用下生成石墨氧化物，再与硼酸反应生成硼掺杂石墨烯棒，以此为工作电极，石墨棒为对电极，通过电化学反应制备硼掺杂石墨烯量子点。

公开号为CN 106560445 A的中国发明专利文献公开了一种液相反应制备硼掺杂石墨烯量子点的方法，以果糖、葡萄糖或蔗糖中的任意一种为碳源，取适量糖和硼酸为反应物，用去离子水进行溶解；将得到的溶液转移至水热反应釜中进行水热反应制备硼掺杂石墨烯量子点。

公开号为CN 105424664 A的中国发明专利文献公开了一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，通过电化学方法合成硼掺杂石墨烯量子点。

公布号为CN 105886596 A的中国发明专利文献公开了一种宫颈癌细胞检测试剂盒，通过恒电位计时电流法合成硼掺杂石墨烯量子点。

发明内容

针对现有技术中B原子掺杂难度大的问题，本发明提供了一种通过简便的液相反应即可一步制备得到高稳定性具有仿过氧化物酶催化活性的硼掺杂石墨烯量子点。

本发明采用的技术方案如下：

一种硼掺杂石墨烯量子点的制备方法，在1,3,6-三硝基芘和硼砂的混合水溶液中进行水热反应，经透析提纯后，冷冻干燥制得所述的硼掺杂石墨烯量子点。

硼掺杂石墨烯量子点通过在1,3,6-三硝基芘和硼砂的混合水溶液中水热合成制得。1,3,6-三硝基芘具有类似石墨烯的母核结构，硝基具有强的亲电性，可以与富电子的基团发生加成反应。硼砂具可在水热反应中加成到芘环上的硝基位点，从而实现硼原子掺杂。

优选地，所述的1,3,6-三硝基芘在反应溶液中的浓度为1.0～5.0mg/mL。1,3,6-三硝基芘水溶性较差，而硼砂具有良好的水溶性，若1,3,6-三硝基芘浓度过高，水热反应的初始溶液为非均相，不利于反应的进行；若1,3,6-三硝基芘浓度过低，合成所得石墨烯量子点浓度过低，合成单位质量石墨烯量子点的能耗高。