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

背景技術(shù)：

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有獨特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，近年來作為非金屬光催化劑廣泛應(yīng)用于光催化分解水、降解有機污染物、有機官能團的選擇性轉(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，碳量子點和石墨烯量子點因其具有上轉(zhuǎn)換性能而應(yīng)用在光催化增強光的吸收范圍。石墨相氮化碳具有與石墨烯類似的結(jié)構(gòu)，將制備成具有生物相容性和光學(xué)性能的量子點，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、進而得到石墨相氮化碳量子點顯得尤為重要。

技術(shù)實現(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、納米帶和量子點材料。

本發(fā)明是這樣實現(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，且所述水熱處理還原部分被氧化基團。

本發(fā)明提供的石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點的制備方法，

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，所制備的量子點平均粒徑是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具有上轉(zhuǎn)換性能，有望應(yīng)用于光催化體系增強光的吸收范圍，從而進一步加強體系的光催化活性，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)明制備的量子點具有較強的熒光性能，可作為熒光材料用于生物醫(yī)藥、光學(xué)存儲、電子器件領(lǐng)域；

本發(fā)明制備方法簡單、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，大大拓展了該方法的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例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)明實施例3制得的石墨相氮化碳量子點的透射電鏡圖；

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

圖6為本發(fā)明實施例3制得的石墨相氮化碳量子點的熒光光譜圖；

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

具體實施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實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，進一步的，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。

所述體相石墨層間是以氫鍵結(jié)合，可以通過熱處理破壞氫鍵。因此通過控制溫度進一步對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；進一步的，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。

以及，本發(fā)明實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)明實施例上述步驟Q01中，所述石墨相氮化碳納米片可以通過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)明實施例還提供了一種石墨相氮化碳量子點的制備方法，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，且所述水熱處理還原部分被氧化基團。

具體的，本發(fā)明實施例上述步驟T01中，所述石墨相氮化碳納米帶可以通過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)明實施例制備石墨相氮化碳量子點的原料。

作為優(yōu)選實施例，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)選實施例，所述水熱處理的反應(yīng)溫度為180-220℃，反應(yīng)時間為8-12小時。作為具體優(yōu)選實施例，所述水熱處理的反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時間為10小時。

本發(fā)明實施例提供的石墨相氮化碳納米片、納米帶和量子點的制備方法，

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，所制備的量子點粒徑均一，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沉淀產(chǎn)生，具有很高的穩(wěn)定性；

同時，本發(fā)明實施例制備的石墨相氮化碳量子點具有上轉(zhuǎn)換性能，有望應(yīng)用于光催化體系增強光的吸收范圍，從而進一步加強體系的光催化活性，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)明實施例制備的量子點具有較強的熒光性能，可作為熒光材料用于生物醫(yī)藥、光學(xué)存儲、電子器件領(lǐng)域；

本發(fā)明制備方法簡單、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，大大拓展了該方法的應(yīng)用范圍。

下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步描述。

實施例1

將5g硫脲置于坩堝中，在550℃恒溫加熱2小時(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口平底坩堝中，以升溫速度2℃/min在500℃恒溫加熱2小時，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，說明體相石墨相氮化碳通過熱處理被成功剝離為納米片。

實施例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中以較小功率(500W,40kHz)超聲16小時，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，置于烘箱中進行水熱反應(yīng)(200℃,10小時)，即得到石墨相氮化碳量子點溶液。圖4為制得的石墨相氮化碳量子點的透射電鏡圖，其平均粒徑為6.7nm。圖5為單個量子點的高分辨透射電鏡圖，證實其晶格間距為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)波長分別為：340nm、360nm、380nm、400nm、420nm；圖7中，從左往右激發(fā)波長分別為：705nm、725nm、750nm、778nm、800nm、853nm、862nm；圖6和圖7證實了該量子點有較強的藍(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、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。