本發(fā)明是關(guān)于納米片，納米帶和量子點(diǎn)的制備，尤其涉及石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，近年來(lái)作為非金屬光催化劑廣泛應(yīng)用于光催化分解水、降解有機(jī)污染物、有機(jī)官能團(tuán)的選擇性轉(zhuǎn)換、環(huán)境消毒殺菌等方向，在能源和材料相關(guān)領(lǐng)域逐漸引起人們的關(guān)注。

量子點(diǎn)由于其量子尺寸效應(yīng)呈現(xiàn)出特異的光、電及催化性能而在光催化、光致發(fā)光、磷光體、傳感器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。例如在光催化領(lǐng)域，碳量子點(diǎn)和石墨烯量子點(diǎn)因其具有上轉(zhuǎn)換性能而應(yīng)用在光催化增強(qiáng)光的吸收范圍。石墨相氮化碳具有與石墨烯類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，將制備成具有生物相容性和光學(xué)性能的量子點(diǎn)，有望應(yīng)用于制備生物熒光探針、生物傳感器和環(huán)境光催化。因此，研發(fā)一種石墨相氮化碳納米片、納米帶、進(jìn)而得到石墨相氮化碳量子點(diǎn)顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點(diǎn)的制備方法，旨在提供粒徑小、產(chǎn)量高、且分散性好的石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點(diǎn)材料。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種石墨相氮化碳納米片的制備方法，包括以下步驟：

提供體相石墨相氮化碳；

將所述體相石墨相氮化碳進(jìn)行加熱處理，使得所述體相石墨相氮化碳剝離變薄，得到石墨相氮化碳納米片。

以及，一種石墨相氮化碳納米帶的制備方法，包括以下步驟：

提供體石墨相氮化碳納米片；

將所述石墨相氮化碳納米片用濃酸處理，破壞連接三嗪環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的C-N鍵，使得所述石墨相氮化碳納米片呈方向性斷裂，得到石墨相氮化碳納米帶。

以及，一種石墨相氮化碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

提供石墨相氮化碳納米帶；

將所述石墨相氮化碳納米帶使用水熱處理，使所述石墨相氮化碳納米帶切割得到粒徑在10nm以內(nèi)的量子點(diǎn)，且所述水熱處理還原部分被氧化基團(tuán)。

本發(fā)明提供的石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點(diǎn)的制備方法，

首次利用熱處理、化學(xué)腐蝕和水熱相結(jié)合的方法獲得了一種石墨相氮化碳量子點(diǎn)，所制備的量子點(diǎn)平均粒徑是6.7nm，產(chǎn)量高且分散性好；

本發(fā)明制備的石墨相氮化碳量子點(diǎn)具有上轉(zhuǎn)換性能，有望應(yīng)用于光催化體系增強(qiáng)光的吸收范圍，從而進(jìn)一步加強(qiáng)體系的光催化活性，可應(yīng)用于制備生物熒光探針、生物傳感器和環(huán)境光催化；

本發(fā)明制備的量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的熒光性能，可作為熒光材料用于生物醫(yī)藥、光學(xué)存儲(chǔ)、電子器件領(lǐng)域；

本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、快速，可選擇性的得到石墨相氮化碳納米片、納米帶及量子點(diǎn)，大大拓展了該方法的應(yīng)用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的石墨相氮化碳體相材料的透射電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的石墨相氮化碳納米片的透射電鏡圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制得的石墨相氮化碳納米帶的透射電鏡圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制得的石墨相氮化碳量子點(diǎn)的透射電鏡圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制得的單個(gè)石墨相氮化碳量子點(diǎn)的高分辨透射電鏡圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制得的石墨相氮化碳量子點(diǎn)的熒光光譜圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制得的石墨相氮化碳量子點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種石墨相氮化碳納米片的制備方法，包括以下步驟：

S01.提供體相石墨相氮化碳；

S02.將所述體相石墨相氮化碳進(jìn)行加熱處理，使得所述體相石墨相氮化碳剝離變薄，得到石墨相氮化碳納米片。

具體的，上述步驟S01中，所述體相石墨相氮化碳優(yōu)選以氰胺、二聚氰胺、三聚氰胺、尿素或硫脲作為原料，經(jīng)過(guò)熱處理煅燒得到，得到的所述體相石墨相氮化碳為不規(guī)則的具有層狀結(jié)構(gòu)的三維塊體材料。其中，所述熱處理煅燒優(yōu)選以升溫速度4-6℃/min在500-600℃下恒溫加熱1.5-2.5小時(shí)，進(jìn)一步的，所述熱處理煅燒優(yōu)選以升溫速度5℃/min在550℃下恒溫加熱2小時(shí)。

所述體相石墨層間是以氫鍵結(jié)合，可以通過(guò)熱處理破壞氫鍵。因此通過(guò)控制溫度進(jìn)一步對(duì)得到的體相石墨相氮化碳煅燒，可以使其逐步剝離變薄，得到石墨相氮化碳納米片，其厚度為2～3nm。作為優(yōu)選實(shí)施例，上述步驟S02中，所述加熱處理為以升溫速度1.8-2.5℃/min在450-550℃恒溫加熱1.5-2.5小時(shí)；進(jìn)一步的，所述加熱處理優(yōu)選為以升溫速度2℃/min在500℃恒溫加熱2小時(shí)。

以及，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種石墨相氮化碳納米帶的制備方法，包括以下步驟：

Q01.提供石墨相氮化碳納米片；

Q02.將所述石墨相氮化碳納米片用濃酸處理，破壞連接三嗪環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的C-N鍵，使得所述石墨相氮化碳納米片呈方向性斷裂，得到石墨相氮化碳納米帶。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例上述步驟Q01中，所述石墨相氮化碳納米片可以通過(guò)上述制備石墨相氮化碳納米片的方法獲得。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，其他途徑獲得的所述石墨相氮化碳納米片也能作為本發(fā)明實(shí)施例制備石墨相氮化碳納米帶的原料。

上述步驟Q02中，將所述石墨相氮化碳納米片用濃酸處理，可以破壞連接三嗪環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的C-N鍵，從而使石墨相氮化碳納米片呈方向性的斷裂，形成納米帶。所述濃酸具體可選濃HNO₃和濃H₂SO₄的混合酸。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述石墨相氮化碳納米帶的寬度在10nm以內(nèi)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種石墨相氮化碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

T01.提供石墨相氮化碳納米帶；

T02.將所述石墨相氮化碳納米帶使用水熱處理，使所述石墨相氮化碳納米帶切割得到粒徑在10nm以內(nèi)的量子點(diǎn)，且所述水熱處理還原部分被氧化基團(tuán)。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例上述步驟T01中，所述石墨相氮化碳納米帶可以通過(guò)上述制備石墨相氮化碳納米帶的方法獲得。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，其他途徑獲得的所述石墨相氮化碳納米帶也能作為本發(fā)明實(shí)施例制備石墨相氮化碳量子點(diǎn)的原料。

作為優(yōu)選實(shí)施例，所述石墨相氮化碳納米帶的寬度在10nm以內(nèi)。

上述步驟T02中，作為優(yōu)選實(shí)施例，所述水熱處理的反應(yīng)溫度為180-220℃，反應(yīng)時(shí)間為8-12小時(shí)。作為具體優(yōu)選實(shí)施例，所述水熱處理的反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點(diǎn)的制備方法，

首次利用熱處理、化學(xué)腐蝕和水熱相結(jié)合，以石墨相氮化碳體相材料為原料，直接將其剝離為二維納米片、一維納米帶、最后得到零維量子點(diǎn)，所制備的量子點(diǎn)粒徑均一，平均粒徑是6.7nm，產(chǎn)量高、分散性好且水溶性高，其溶液室溫下放置一年未見(jiàn)沉淀產(chǎn)生，具有很高的穩(wěn)定性；

同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例制備的石墨相氮化碳量子點(diǎn)具有上轉(zhuǎn)換性能，有望應(yīng)用于光催化體系增強(qiáng)光的吸收范圍，從而進(jìn)一步加強(qiáng)體系的光催化活性，可應(yīng)用于制備生物熒光探針、生物傳感器和環(huán)境光催化；

本發(fā)明實(shí)施例制備的量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的熒光性能，可作為熒光材料用于生物醫(yī)藥、光學(xué)存儲(chǔ)、電子器件領(lǐng)域；

本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、快速，可選擇性的得到石墨相氮化碳納米片、納米帶及量子點(diǎn)，大大拓展了該方法的應(yīng)用范圍。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

將5g硫脲置于坩堝中，在550℃恒溫加熱2小時(shí)(升溫速度5℃/min)，待溫度冷卻后，將樣品研磨成黃色粉末，得到石墨相氮化碳體相材料。將研磨后的體相石墨相氮化碳置于開(kāi)口平底坩堝中，以升溫速度2℃/min在500℃恒溫加熱2小時(shí)，得到淡黃色石墨相氮化碳納米片超薄材料。圖1為制得的石墨相氮化碳體相材料的透射電鏡圖，顯示不規(guī)則的塊體結(jié)構(gòu)。圖2為得到的石墨相氮化碳納米片的透射電鏡圖，說(shuō)明體相石墨相氮化碳通過(guò)熱處理被成功剝離為納米片。

實(shí)施例2

將0.05g得到的石墨相氮化碳納米片加入濃H₂SO₄(10mL)和濃HNO₃(30mL)中，然后將混合物置于超聲機(jī)中以較小功率(500W,40kHz)超聲16小時(shí)，得到一種澄清的溶液，將該溶液以200mL去離子水稀釋后得到一種絮狀懸濁液，再將該懸濁液用0.45-μm微孔膜過(guò)濾洗滌后即得到石墨相氮化碳納米帶。圖3為制得的石墨相氮化碳納米帶的透射電鏡圖。

實(shí)施例3

將上述得到的石墨相氮化碳納米帶重新分散于16mL去離子水中，然后封裝在聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜(20mL)中，置于烘箱中進(jìn)行水熱反應(yīng)(200℃,10小時(shí))，即得到石墨相氮化碳量子點(diǎn)溶液。圖4為制得的石墨相氮化碳量子點(diǎn)的透射電鏡圖，其平均粒徑為6.7nm。圖5為單個(gè)量子點(diǎn)的高分辨透射電鏡圖，證實(shí)其晶格間距為0.336nm，與體相石墨相氮化碳材料(002)晶面相匹配。圖6和圖7分別為制得的石墨相氮化碳量子點(diǎn)的熒光光譜圖和上轉(zhuǎn)換光譜圖，其中，圖6中，從左往右激發(fā)波長(zhǎng)分別為：340nm、360nm、380nm、400nm、420nm；圖7中，從左往右激發(fā)波長(zhǎng)分別為：705nm、725nm、750nm、778nm、800nm、853nm、862nm；圖6和圖7證實(shí)了該量子點(diǎn)有較強(qiáng)的藍(lán)色熒光發(fā)射性能，并且首次發(fā)現(xiàn)了其上裝換光學(xué)性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。