本發(fā)明屬于碳納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氮摻雜熒光碳點(diǎn)的脈沖電位制備法。

背景技術(shù)：

熒光碳點(diǎn)是一種具有類似量子點(diǎn)光致發(fā)光性能的新型碳納米材料。熒光碳點(diǎn)自2004年被合成和發(fā)現(xiàn)以來，由于其優(yōu)異的發(fā)光性，低毒性、生物兼容性和價格較低廉，使得它迅速成為熒光材料里頭的明星材料。可應(yīng)用于化學(xué)/生物傳感、生物成像、光熱診療、發(fā)光器件的發(fā)光材料、光催化降解有機(jī)污染物、光電儲能等領(lǐng)域，其極具取代有毒重金屬類量子點(diǎn)的潛力。熒光碳點(diǎn)的制備方法可大致分為碳納米點(diǎn)鈍化法、top to down法和bottom to up法三種方法。top to down法采用的合成方法包括放電法、激光燒蝕法、等離子體輻射法、電化學(xué)法、化學(xué)氧化法等；bottom to up法采用的合成方法包括燃燒法、水熱法、電化學(xué)法、微波法、超聲波法、化學(xué)氧化法、熱解法等。但是目前這些方法大部分都存在成本較高、操作較復(fù)雜、產(chǎn)品純化處理復(fù)雜、量子產(chǎn)率低、產(chǎn)品穩(wěn)定性不高等問題，不利于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用推廣。

近年來，在熒光碳點(diǎn)制備方法學(xué)方面，電化學(xué)法由于其操作簡單且綠色環(huán)保，使得其迅速成為熒光碳點(diǎn)合成研究的熱點(diǎn)。目前電化學(xué)法制備熒光碳點(diǎn)均采用傳統(tǒng)的恒電位電解氧化法，采用的碳源主要有碳電極(專利申請?zhí)朇N200810197695.1)；碳纖維(專利申請?zhí)朇N201110356592.7)；低碳原子數(shù)醇類(專利申請?zhí)朇N201310376500.0和CN201310378455.2)；低碳原子數(shù)酮類(專利申請?zhí)朇N201310376464.8)等。但上述電化學(xué)法制備熒光碳點(diǎn)均采用傳統(tǒng)的恒電位電解氧化法，且所需的電位較高(達(dá)10-30V，甚至更高電位)，得到的熒光碳點(diǎn)熒光產(chǎn)率較低，成本較高。綜上，采用較低電位、低成本、簡便制備熒光碳點(diǎn)的新型電化學(xué)法尚缺乏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了簡化熒光碳點(diǎn)制備方法，提高產(chǎn)物熒光產(chǎn)率，降低合成成本，本發(fā)明提供了一種氮摻雜熒光碳點(diǎn)的脈沖電位制備法。該方法操作簡單，采用的脈沖電位較低(10V以下)，產(chǎn)物熒光產(chǎn)率較高。

本發(fā)明一種氮摻雜熒光碳點(diǎn)的脈沖電位制備法，其包括下列步驟：

以有機(jī)物1和有機(jī)物2的組合物作為碳源，以水和所述組合物超聲配置成的混合液作為電解液，其中，有機(jī)物1是乙醇、檸檬酸、抗壞血酸中的任意一種，所述有機(jī)物2是鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺中的任意一種，有機(jī)物1、有機(jī)物2和水的物質(zhì)的量之比為200～50：1：120～20，用電化學(xué)工作站控制電位，采用兩電極系統(tǒng)，工作電極和對電極均為鉑片電極，設(shè)置脈沖電位法參數(shù)，采用脈沖電位法碳化電解液1-4小時，得反應(yīng)溶液；

反應(yīng)溶液靜置一段時間后，取上清液調(diào)節(jié)其pH為中性，并離心處理，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，得濃縮液；

濃縮液在去離子水中透析處理后得氮摻雜熒光碳點(diǎn)的水溶液。

所述脈沖電位法參數(shù)設(shè)置為：高電位5V～9V，低電位3V～5V，脈沖寬度為5s～20s，循環(huán)次數(shù)為200～1000次。

所述電化學(xué)工作站為CHI760E電化學(xué)工作站。

所述pH調(diào)節(jié)至6～9，離心轉(zhuǎn)速設(shè)置為5000～10000r/min，離心時間為5～20min。

所述透析處理的透析袋截留量為1000～8000，透析時間為24～72h。透析袋截留量優(yōu)選為1000。

為了解決現(xiàn)有熒光碳點(diǎn)的電化學(xué)法制備電位較高，產(chǎn)物純化較復(fù)雜，熒光產(chǎn)率不高的問題，本發(fā)明特提出了脈沖電位法制備熒光碳點(diǎn)的方法。本方法采用的脈沖電位較低(10V以下)，使得合成能耗低；在反應(yīng)過程中無需額外添加堿性物質(zhì)(無機(jī)強(qiáng)堿或水解呈堿性的鹽類)，使得產(chǎn)物純化處理較簡單，這些都有利于降低熒光碳點(diǎn)的制備成本，有利于應(yīng)用推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮摻雜熒光碳點(diǎn)的透射電鏡圖(標(biāo)尺為5nm)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮摻雜熒光碳點(diǎn)的熒光光譜圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮摻雜熒光碳點(diǎn)的紫外-可見光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

用CHI760E電化學(xué)工作站控制電位，采用兩電極系統(tǒng)，鉑片為工作電極和對電極，在200mL的燒杯中加入乙醇、鄰苯二胺和水的混合液作為電解液，這三種反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為100:1:80。設(shè)置好脈沖電位法參數(shù)并啟動反應(yīng)：高電位為5V，低電位為3V，脈沖寬度為5s，循環(huán)次數(shù)為720次；反應(yīng)后溶液由無色變?yōu)辄S色，靜置一段時間，取上清液加入鹽酸調(diào)節(jié)pH為中性，然后在6000r/min下離心處理5min，將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，最后在去離子水中采用截留量為3500的透析袋透析處理濃縮液48h得氮摻雜熒光碳點(diǎn)的水溶液。

實(shí)施例2

實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于在200mL的燒杯中加入乙醇、鄰苯二胺和水的混合液作為電解液，這三種反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為90:1:70。設(shè)置好脈沖電位法參數(shù)并啟動反應(yīng)：高電位為9V，低電位為5V，脈沖寬度為5s，循環(huán)次數(shù)為720次；反應(yīng)后溶液由無色變?yōu)辄S色，靜置一段時間，取上清液加入鹽酸調(diào)節(jié)pH為中性，然后在5000r/min下離心處理10min，將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，最后在去離子水中采用截留量為1000的透析袋透析處理濃縮液48h得氮摻雜熒光碳點(diǎn)的水溶液。

實(shí)施例3

實(shí)施例3與實(shí)施例1的不同之處在于在200mL的燒杯中加入檸檬酸、鄰苯二胺和水的混合液作為電解液，這三種反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為110:1:80。設(shè)置好脈沖電位法參數(shù)并啟動反應(yīng)：高電位為9V，低電位為5V，脈沖寬度為10s，循環(huán)次數(shù)為600次；反應(yīng)后溶液由無色變?yōu)樽攸S色，靜置一段時間，取上清液加入鹽酸調(diào)節(jié)pH為中性，然后在6000r/min下離心處理10min，將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，最后在去離子水中采用截留量為1000的透析袋透析處理濃縮液48h得氮摻雜熒光碳點(diǎn)的水溶液。

實(shí)施例4

實(shí)施例4與實(shí)施例1的不同之處在于在200mL的燒杯中加入抗壞血酸、對苯二胺和水的混合液作為電解液，這三種反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比為120:1:90。設(shè)置好脈沖電位法參數(shù)并啟動反應(yīng)：高電位為9V，低電位為5V，脈沖寬度為5s，循環(huán)次數(shù)為1000次；反應(yīng)后溶液由無色變?yōu)樽攸S色，靜置一段時間，取上清液加入鹽酸調(diào)節(jié)pH為中性，然后在6000r/min下離心處理5min，將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，最后在去離子水中采用截留量為1000的透析袋透析處理濃縮液48h得氮摻雜熒光碳點(diǎn)的水溶液。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。