一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：(1)將碳源除去渣滓后，灰化備用；(2)稱取煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入二次蒸餾水，將錐形瓶放于超聲儀中超聲；(3)將超聲后的溶液抽濾；(4)取濾液，在高速離心機(jī)中離心，取離心后的上清液，得到碳點(diǎn)溶液；(5)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。其中碳源為甘蔗渣或瓜子殼或豆渣或茶葉末。本發(fā)明利用甘蔗渣、瓜子殼、豆渣、茶葉末為原料，并以操作簡(jiǎn)單的合成方法得到碳點(diǎn)溶液。制備過(guò)程不僅操作簡(jiǎn)單方便，而且制備過(guò)程中所使用的溶劑只有水，是一種節(jié)能無(wú)污染的綠色制備方法。
【專利說(shuō)明】一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)及材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種水溶性碳點(diǎn)的綠色制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]碳點(diǎn)(Carbon quantum dots,CQDs),是一類尺寸在1nm以下的新型碳納米材料，由美國(guó)克萊蒙森大學(xué)的科學(xué)家Xu等在電泳法制備單壁碳納米管的純化過(guò)程中首次發(fā)現(xiàn)的。
[0003]碳點(diǎn)是一種與半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有相似光學(xué)性能的環(huán)境友好型熒光納米材料，除擁有光學(xué)性能優(yōu)良、尺寸小等傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)所具備的優(yōu)點(diǎn)外，其還具有細(xì)胞毒性低、無(wú)光眨眼性能、生物相容性好、易于大規(guī)模合成及功能化修飾、制備成本低廉和反應(yīng)條件溫和等無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在細(xì)胞成像、標(biāo)記及檢測(cè)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，是替代量子點(diǎn)的良好選擇。目前碳點(diǎn)已經(jīng)在細(xì)胞成像、發(fā)光器件、催化及金屬離子檢測(cè)等領(lǐng)域有了初步的應(yīng)用。
[0004]目前，碳點(diǎn)的合成方法有很多種，一般可分為兩類:自上而下合成方法和自下而上合成方法。前者是由較大的碳骨架上剝落下來(lái)碳顆粒，包括電弧放電法、激光法、電化學(xué)法等；后者則是直接以較小碳顆粒進(jìn)行修飾、鈍化，包括基于灰的氧化或腐蝕法、熱解有機(jī)物法、微波合成法、摻雜法等。目前，大多數(shù)碳點(diǎn)的合成方法存在操作復(fù)雜、產(chǎn)率較低、使用酸堿溶液容易造成二次污染等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將碳源除去渣滓后，灰化備用；
[0008](2)稱取煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入二次蒸餾水，將錐形瓶放于超聲儀中超聲；
[0009](3)將超聲后的溶液抽濾；
[0010](4)取濾液，在高速離心機(jī)中離心，取離心后的上清液，得到碳點(diǎn)溶液；
[0011](5)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(I)中所述碳源為甘蔗渣或瓜子殼或豆渣或茶葉末。
[0013]作為優(yōu)選，甘蔗渣或瓜子殼或豆渣或茶葉末在馬弗爐中將其煅燒灰化。
[0014]作為優(yōu)選，馬弗爐煅燒溫度為350-380°C，煅燒時(shí)間為80_140min。
[0015]作為優(yōu)選，步驟⑵中所述加入二次蒸餾水為lOOmL，超聲lh。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(4)中所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為30min。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]采用甘蔗渣、瓜子殼、豆渣、茶葉末為原料，并以操作簡(jiǎn)單的合成方法得到碳點(diǎn)溶液。原料不僅廉價(jià)易得，而且起到對(duì)農(nóng)作物廢棄物的循環(huán)利用；制備過(guò)程不僅操作簡(jiǎn)單方便，而且制備過(guò)程中所使用的溶劑只有水，是一種節(jié)能無(wú)污染的綠色制備方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]圖1是本發(fā)明水溶性碳點(diǎn)的制備方法各實(shí)施例的熒光發(fā)射光譜。
[0021]圖2是本發(fā)明水溶性碳點(diǎn)的制備方法各實(shí)施例的紫外可見(jiàn)吸收光譜。
[0022]圖3是本發(fā)明水溶性碳點(diǎn)的制備方法各實(shí)施例的紅外光譜。
[0023]圖4是本發(fā)明水溶性碳點(diǎn)的制備方法各實(shí)施例的透射電鏡圖。
[0024]圖中，a_甘蔗渣，b_瓜子殼，C-豆渣，d-茶葉末。

【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]按如下步驟以甘蔗渣制備碳點(diǎn):
[0027]I)將甘蔗渣除去渣滓后，烘干、粉碎，置于坩堝中在馬弗爐350°C煅燒80min。
[0028]2)稱取Ig煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入10mL 二次蒸餾水，超聲lh。
[0029]3)將超聲后的溶液抽濾，取濾液，在12000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，取離心后的上清液得到碳點(diǎn)溶液。
[0030]4)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
[0031]實(shí)施例2
[0032]按如下步驟以瓜子殼制備碳點(diǎn):
[0033]I)將瓜子殼除去渣滓后，烘干、粉碎，置于坩堝中在馬弗爐380°C煅燒80min。
[0034]2)稱取Ig煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入10mL 二次蒸餾水，超聲lh。
[0035]3)將超聲后的溶液抽濾，取濾液，在12000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，取離心后的上清液得到碳點(diǎn)溶液。
[0036]4)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
[0037]實(shí)施例3
[0038]按如下步驟以豆渣制備碳點(diǎn):
[0039]I)將豆渣，烘干、粉碎，置于坩堝中在馬弗爐350°C煅燒80min。
[0040]2)稱取Ig煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入10mL 二次蒸餾水，超聲lh。
[0041]3)將超聲后的溶液抽濾，取濾液，在12000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，取離心后的上清液得到碳點(diǎn)溶液。
[0042]4)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
[0043]實(shí)施例4
[0044]按如下步驟以茶葉末制備碳點(diǎn):
[0045]I)將泡過(guò)的茶葉，烘干、粉碎，置于坩堝中在馬弗爐380°C煅燒140min。
[0046]2)稱取Ig煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入10mL 二次蒸餾水，超聲lh。
[0047]3)將超聲后的溶液抽濾，取濾液，在12000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，取離心后的上清液得到碳點(diǎn)溶液。
[0048]4)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
[0049]上述各實(shí)施例碳點(diǎn)的表征
[0050]I)碳點(diǎn)的發(fā)射光譜如圖1所示:
[0051]圖1a中，利用甘鹿洛制備的碳點(diǎn)在λ ex/λ em = 320/440nm時(shí)突光發(fā)射強(qiáng)度最大；
[0052]圖1b中，利用瓜子殼制備的碳點(diǎn)在λ ex/ λ em = 340/445nm時(shí)突光發(fā)射強(qiáng)度最大；
[0053]圖1c中，利用豆洛制備的碳點(diǎn)在λ ex/ λ em = 400/490nm時(shí)突光發(fā)射強(qiáng)度最大；
[0054]圖1d中，利用茶葉末制備的碳點(diǎn)，在λ ex/ λ em = 420/500nm時(shí)突光發(fā)射強(qiáng)度最大。
[0055]2)碳點(diǎn)的紫外可見(jiàn)吸收光譜如圖2所示:
[0056]在圖1的a、b、c、d中，利用不同原料所制備的碳點(diǎn)，在紫外光區(qū)均有吸收，但沒(méi)有明顯的特征吸收峰。
[0057]3)碳點(diǎn)的紅外光譜如圖3所示:
[0058]在圖3a中，利用甘蔗渣制備的碳點(diǎn)，1124CHT1為C-0的伸縮振動(dòng)峰:1390(^1與3428cm-1分別為-OH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰與伸縮振動(dòng)峰，1625cm-1是C = C的伸縮振動(dòng)峰。
[0059]在圖3b中，利用瓜子殼制備的碳點(diǎn)，KMOcnT1為C-O的伸縮振動(dòng)峰；1386cm_1與3395CHT1分別為-OH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰與伸縮振動(dòng)峰，164Icrn^1是C = C的伸縮振動(dòng)峰，2946cm—1為-CH-的伸縮振動(dòng)峰。
[0060]在圖3c中，利用豆渣制備的碳點(diǎn)，KMlcnT1為C-O的伸縮振動(dòng)峰；1417cm_1與3382cm-1分別為-OH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰與伸縮振動(dòng)峰，1654cm-1是C = C的伸縮振動(dòng)峰，2939cm—1為-CH-的伸縮振動(dòng)峰。
[0061]在圖3d中，利用茶葉制備的碳點(diǎn)，1386cm-1與3395CHT1分別為-OH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰與伸縮振動(dòng)峰，1581cm-1是C = C的伸縮振動(dòng)峰。
[0062]4)碳點(diǎn)的透射電鏡如圖4所示:
[0063]在圖4的a、b、C、d中，利用不同原料所制備的碳點(diǎn)，粒徑均小于10nm。
[0064]5)碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率
[0065]測(cè)得利用甘蔗渣、瓜子殼、豆渣和茶葉末制備的碳點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率分別為5%、4%、9% 和 11%。
[0066]結(jié)果對(duì)比:
[0067]由上述四種實(shí)例可知，利用甘蔗渣、瓜子殼、豆渣、茶葉末為原料均能制備出碳點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，利用這四種原料制備的碳點(diǎn)粒徑均小于10nm，碳點(diǎn)表面的官能團(tuán)主要為羥基，并且在紫外-可見(jiàn)光區(qū)均沒(méi)有特征吸收峰；但是，不同原料制備的碳點(diǎn)熒光光譜最大激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)均不相同。
[0068]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將碳源除去渣滓后，灰化備用； (2)稱取煅燒后的灰分于錐形瓶中，加入二次蒸餾水，將錐形瓶放于超聲儀中超聲； (3)將超聲后的溶液抽濾； (4)取濾液，在高速離心機(jī)中離心，取離心后的上清液，得到碳點(diǎn)溶液； (5)烘干稱重后，用二次蒸餾水重新溶解得到質(zhì)量濃度的碳點(diǎn)溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述碳源為甘蔗渣或瓜子殼或豆渣或茶葉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述甘蔗渣或瓜子殼或豆渣或茶葉末在馬弗爐中將其煅燒灰化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述馬弗爐煅燒溫度為350-380°C，煅燒時(shí)間為80-140min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述加入二次蒸餾水為10mL,超聲 Ih0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)速為12000r/min,離心時(shí)間為 30min。
【文檔編號(hào)】C01B31/02GK104355301SQ201410504664
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】陳寧生, 張文龍, 陳剛, 王平, 侯世澄, 梁羽 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)