一種制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法
【專利摘要】制備紅外熒光的氮摻雜石墨烯的方法，包括如下步驟：（1）以氧化石墨烯為原材料，在700±30℃下保持流動(dòng)的氬氣流下退火1－3小時(shí)，對氧化石墨烯進(jìn)行還原處理；（2）將步驟（1）中還原后的氧化石墨烯和二氟化氙反應(yīng)，還原后的氧化石墨烯和二氟化氙的質(zhì)量比在1∶5至1∶20之間，以此獲得氟化石墨烯；（3）將氟化石墨烯放在管式爐中，通以氨氣并加熱至400－900℃，尤其是500±30℃下恒溫反應(yīng)2－5小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得到氮摻雜的石墨烯。本發(fā)明利用缺陷較多的氟化還原氧化石墨烯作為原材料有利于高含量的氮摻雜。同時(shí)，所制得的氮摻雜石墨烯具有紅外熒光，且熒光峰位置可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍從665納米至847納米。
【專利說明】一種制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有紅外熒光性質(zhì)的氮摻雜石墨烯及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從氮摻雜石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有獨(dú)特的電子、光電子特性，氮摻雜石墨烯已被廣泛用于生物成像、發(fā)光及光電等許多領(lǐng)域。特別是藍(lán)色至紅外的熒光材料在光發(fā)射、生物熒光標(biāo)定、有機(jī)發(fā)光二極管及固態(tài)光電器件方面存在巨大的潛在應(yīng)用。然而目前報(bào)道的石墨烯大多表現(xiàn)為紫外或者藍(lán)色的熒光。[I]
[0003]本發(fā)明方法制備的還原氧化石墨烯量子點(diǎn)具有明顯的紅外熒光特征，并且熒光發(fā)光峰的位置可以通過實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，是目前傳統(tǒng)方法制備綠色或者藍(lán)色的熒光石墨烯量子點(diǎn)的有力補(bǔ)充，將能擴(kuò)大氮摻雜石墨烯在光電材料方面的應(yīng)用。
[0004]參考文獻(xiàn):
[0005]1.Li，M.，Tang, N.J.，Ren, W.C.，Cheng, H.Μ.，Wu, W.B.，Zhong，W.&Du，Y.W.Quenching of Fluorescence of Reduced Graphene Oxide by Nitrogen-Doping.App1.Phys.Lett.100，233112 (2012).
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提出一種新的制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法。本發(fā)明通過使用氟化的還原氧化石墨烯作為原材料制備氮摻雜石墨烯。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明工藝制備的氮摻雜石墨烯具有高氮摻雜量，通過高的氮摻雜量可以引入寬帶隙使其具有紅外熒光的性質(zhì)。并且，此制備工藝簡單、過程容易控制，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:制備紅外熒光的氮摻雜石墨烯的方法，其特征是包括如下步驟:
[0008](1)以氧化石墨烯為原材料，在700±30°C下保持流動(dòng)的氬氣流下退火I 一 3小時(shí)，對氧化石墨烯進(jìn)行還原處理；如I 一 10升的管式爐米用20sccm流量；
[0009](2)將步驟(1)中還原后的氧化石墨烯和二氟化氙反應(yīng)，還原后的氧化石墨烯和二氟化氙的質(zhì)量比在1:5至1:20之間，以此獲得氟化石墨烯；將還原后的氧化石墨烯和二氟化氙置于聚四氟乙烯內(nèi)杯且密閉；再把聚四氟乙烯內(nèi)杯裝進(jìn)不銹鋼外罐，密封不銹鋼外罐，把銹鋼外罐放進(jìn)烘干箱，在200±10°C下恒溫反應(yīng)24 - 48小時(shí)，自然冷卻至室溫；
[0010](3)利用步驟(2)中獲得的氟化石墨烯為原材料，將氟化石墨烯放在管式爐中，通以氨氣并加熱至400 - 900°C，尤其是500±30°C下恒溫反應(yīng)2 — 5小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得到氮摻雜的石墨烯NG-500。如I 一 10升的管式爐采用氨氣流量保持20SCCm。
[0011]用本發(fā)明制備的產(chǎn)品通過以下手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能表征:利用日本JEOL公司生產(chǎn)的JEM-200CX透射電子顯微鏡(TEM)直接觀察產(chǎn)品的形狀和尺寸；采用熒光光譜儀，分析樣品的熒光情況。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:現(xiàn)有的氮摻雜石墨烯制備方法中通常原材料的缺陷較少，本發(fā)明利用氟化還原氧化石墨烯作為原材料，其缺陷較多，有利于高含量的氮摻雜。同時(shí)，所制得的氮摻雜石墨烯具有紅外熒光，且熒光的峰位置可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍從665納米至847納米。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯的典型的透射電鏡觀測結(jié)果，從圖中可見產(chǎn)品具有相對平整的二維 的透明膜狀結(jié)構(gòu)。
[0014]圖2是實(shí)施例1制備的氮摻雜石墨烯NG-500的典型的透射電鏡觀測結(jié)果，從圖中可見產(chǎn)品具有相對平整的二維的透明膜狀結(jié)構(gòu)，但是其褶皺變多。
[0015]圖3是實(shí)施例7制備的氮摻雜石墨烯的熒光光譜圖，從圖中可以看出，氮摻雜石墨烯具有紅外熒光，且熒光位置可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍從665納米至847納米。
[0016]其中，NG-400，NG-500，NG-600，NG-700，NG-800，NG-900為所得樣品的命名，數(shù)字表示退火溫度。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明，實(shí)施例中所用試劑為化學(xué)純。
[0018]實(shí)施例1:制備氮摻雜石墨烯的方法，包括如下步驟:
[0019](I)以50mg氧化石墨烯為原材料，在700°C下保持20sCCm流量的氬氣下退火I小時(shí)，對氧化石墨烯進(jìn)行還原處理；
[0020](2)以二氟化氙為氟化劑，將30mg還原的氧化石墨烯和300mg的二氟化氙裝進(jìn)聚四氟乙烯內(nèi)杯，聚四氟乙烯內(nèi)杯密閉；再把聚四氟乙烯內(nèi)杯裝進(jìn)不銹鋼外罐，用水管鉗把不銹鋼外罐的蓋子擰緊，把不銹鋼外罐放進(jìn)烘干箱，在200°C下恒溫反應(yīng)36小時(shí)，自然冷卻至室溫。
[0021](1)、(2)氧化石墨烯為原材料，在退火溫度700°C溫度左右和退火I小時(shí)左右均無顯著區(qū)別；氟化時(shí)200°C左右和反應(yīng)時(shí)間24 - 48小時(shí)的影響更小。
[0022](3)將30mg氟化的還原氧化石墨烯放在管式爐中，通以氨氣并加熱至500°C下恒溫反應(yīng)3小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得到氮摻雜的石墨烯NG-500。
[0023]實(shí)施例2:實(shí)驗(yàn)過程和條件與實(shí)施例1 一樣，但還原溫度改為400°C，即得到氮摻雜的石墨烯NG-400。
[0024]實(shí)施例3:實(shí)驗(yàn)過程和條件與實(shí)施例1 一樣，但還原溫度改為600°C，即得到氮摻雜的石墨烯NG-600。
[0025]實(shí)施例4:實(shí)驗(yàn)過程和條件與實(shí)施例1 一樣，但還原溫度改為700°C，即得到氮摻雜的石墨烯NG-700。
[0026]實(shí)施例5:實(shí)驗(yàn)過程和條件與實(shí)施例1 一樣，但還原溫度改為800°C，即得到氮摻雜的石墨烯NG-800。
[0027]實(shí)施例6:實(shí)驗(yàn)過程和條件與實(shí)施例1 一樣，但還原溫度改為900°C，即得到氮摻雜的石墨稀NG-900。
[0028]實(shí)施例7:把實(shí)施例1-6制備所得氮摻雜石墨烯各取1.0mg溶于20ml乙醇，然后在200W條件下超聲處理I小時(shí)，對所得溶液在室溫下進(jìn)行熒光光譜測試，所得熒光光譜圖見圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有紅外熒光，且熒光的峰位置可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍從665納米至847納米。
[0029]圖1是實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯的典型的透射電鏡觀測結(jié)果，從圖中可見產(chǎn)品具有相對平整的二維的透明膜狀結(jié)構(gòu)。
[0030]圖2是實(shí)施例1制備的氮摻雜石墨烯NG-500的典型的透射電鏡觀測結(jié)果，從圖中可見產(chǎn)品具有相對平整的二維的透明膜狀結(jié)構(gòu)，但是其褶皺變多。
[0031 ] 圖3是實(shí)施例7制備的氮摻雜石墨烯的熒光光譜圖，從圖中可以看出，氮摻雜石墨烯具有紅外熒光，且熒光的峰位置可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍從665納米至847納米。
[0032]雖然本發(fā)明已有技術(shù)方案和較佳實(shí)施例陳述如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的變化、更替與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍`視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.制備紅外熒光的氮摻雜石墨烯的方法，其特征是包括如下步驟: (1)以氧化石墨烯為原材料，在700±30°c下保持流動(dòng)的氬氣流下退火I一 3小時(shí)，對氧化石墨烯進(jìn)行還原處理； (2)將步驟(1)中還原后的氧化石墨烯和二氟化氙反應(yīng)，還原后的氧化石墨烯和二氟化氙的質(zhì)量比在1:5至1:20之間，以此獲得氟化石墨烯；將還原后的氧化石墨烯和二氟化氙置于聚四氟乙烯內(nèi)杯且密閉；再把聚四氟乙烯內(nèi)杯裝進(jìn)不銹鋼外罐，密封不銹鋼外罐，把銹鋼外罐放進(jìn)烘干箱，在200±10°C下恒溫反應(yīng)24 - 48小時(shí)，自然冷卻至室溫； (3)利用步驟(2)中獲得的氟化石墨烯為原材料，將氟化石墨烯放在管式爐中，通以氨氣并加熱至400 - 900°C，尤其是500±30°C下恒溫反應(yīng)2 — 5小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得到氮摻雜的石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法，其特征是所述步驟(1)中I 一 10升的管式爐米用IS氣流20sccm流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法，其特征是(3)中I一 10升的管式爐采用氨氣流量保持20sccm ;在700°C下保持20sccm流量的気氣下退火I小時(shí),對氧化石墨烯進(jìn)行還原處理獲得還原氧化石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備紅外熒光氮摻雜石墨烯的方法，其特征是步驟步驟(2)以二氟化氙為氟化劑，把30mg還原的氧化石墨烯和300mg的二氟化氙裝進(jìn)聚四氟乙烯內(nèi)杯，聚四氟乙烯內(nèi)杯密閉；再把聚四氟乙烯內(nèi)杯裝進(jìn)不銹鋼外罐，用水管鉗把不銹鋼外罐的蓋子擰緊，把不銹鋼外罐放進(jìn)烘干箱，在200°C下恒溫反應(yīng)36小時(shí)，自然冷卻至室溫；步驟(3)中以氨氣為氮源，把30mg氟化石墨烯放在管式爐中，通以氨氣并加熱至500°C下恒溫反應(yīng)3小時(shí)，自然冷卻至室溫。氨氣流量`保持20SCCm。
【文檔編號】C01B31/04GK103663436SQ201310504362
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】劉圓, 湯怒江, 都有為 申請人:南京大學(xué)