一種固態發光碳點的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料的制備領域，特別涉及一種固態發光碳點的制備方法。
【背景技術】
[0002]自從2004年首次發現碳點以來，碳點以其獨特的光學性能、良好的水溶性、易于功能化修飾、優異的化學穩定性、生物毒性低、易于大規模合成等優點在生物成像、藥物運輸、熒光傳感、光電器件等領域受到了極大的關注。目前碳點主要有物理合成法以及化學合成法，化學合成法主要包括:電化學合成法、微波輔助合成法、化學氧化法、高溫熱解法、水熱合成法等。
[0003]水熱合成法是指將含C前驅體置于高壓反應釜中，利用物質在水溶液中在高溫高壓條件下發生一系列的化學反應生成具有較高量子產率的熒光碳量子點，所得產物純度高，分散性好、粒度易于控制。目前有一類依靠水熱法從天然有機物中提取碳量子點的反應。雞蛋、野草、蠶絲、樹葉、橘子汁等天然含C有機物被廣泛用來作為碳源合成碳量子點。這類反應原料廉價易得，且該類天然有機物安全無毒，具有廣闊的應用前景。
[0004]由于碳納米材料獨特的光學性質，其在光電器件等領域有著巨大的應用前景。然而，目前已報到的碳點大多都是在溶液里面發光，聚沉引起的熒光猝滅現象在碳點的干燥過程中是普遍存在的。
[0005]固體狀態下發光碳點的缺少限制了其作為固體熒光粉在光電器件等領域的應用。目前有關固體發光碳點的報道還很少見，只有一些基于碳點的復合材料見到報到。在這些體系中，為了抑制碳點的熒光猝滅，碳點常被分散到PVP、PVA、PAA等聚合物或者玻璃凝膠的基質中。但這類體系合成的復合材料往往具有固定的形貌，聚合物容易成膜，不利于進一步的分散；長春光機所的申德振課題組首次報道了將碳量子點摻雜到淀粉的基質中，碳量子點表面的氨基通過和淀粉表面的羥基形成氫鍵，可以抑制表面能量的非輻射躍迀進而有效抑制固體的熒光猝滅現象，該方法對于碳量子點的固體應用有著潛在的促進意義。但該方法為兩步合成，即先合成碳量子點，再分散到淀粉的基質中，合成周期比較長。因此，尋求簡單快捷、且易于大規模合成固體狀態下能夠發光的碳量子點是這一領域的當務之急。

【發明內容】

[0006]綜上所述，針對現有技術的不足，本發明提供了一種簡單快捷、安全無毒、且利于大規模合成的固態發光碳點的合成方法。
[0007]—種固態發光碳點的制備方法，以重量份計，包括以下步驟:
a.稱取0.8—3份的谷物原料分散在40-60ml的去離子水中配成濃度為0.02—0.05g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌均勾;
b.將攪拌后的前驅體溶液轉入高壓反應釜中，進行水熱處理；
c.將水熱后的產物先經離心分離，除去大顆粒的雜質，再用濾膜二次過濾，并收集濾液； d.把所得的濾液用冷凍干燥的方法，即可以得到固態發光碳點的粉末。
[0008]進一步，所述的谷物原料為面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面中的一種。
[0009]進一步，所述的水熱處理的水熱溫度為180°C，時間為3 — 6h。
[0010]進一步，所述的離心分離的轉速為6000rpm，離心時間為lOmin。
[0011]進一步，所述的步驟c中的二次過濾，所用濾膜孔徑為0.22 μ m。
[0012]進一步，所述的冷凍干燥的溫度為_50°C。
[0013]有益效果:
1、本發明的合成路徑簡單，原料安全無毒，是完全的綠色合成。
[0014]2、本發明制備的固態發光碳點呈粉末狀，易于分散，有利于進一步的利用。區別于傳統的將其分散在聚合物的基質中的方法，具有特定的外形。
[0015]3、本發明制備的固體粉末具有良好的水溶性，且固體發光像其在水溶液里發光一樣，具有明顯的激發波長的依賴性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明制備的碳點在365nm紫外燈照射前后的實物照片。
[0017]圖2是本發明制備的碳點的XRD圖圖3是本發明制備的碳點的熒光光譜圖
圖4是本發明制備的碳點的熒光發射峰隨激發波長而變的光譜圖。
[0018]圖5是本發明制備的碳點的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合【具體實施方式】對本發明作進一步的說明:
實施例1
一種固態發光碳點的制備方法，包括如下步驟:
a、稱取1.5g的高粱面分散在60ml的去離子水中，配成濃度為0.025g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌30min。
[0020]b、將攪拌后的前驅體溶液放入高壓反應釜中，180°C水熱4h。
[0021]C、將反應后的產物以6000rpm的離心速率離心lOmin，除去大顆粒的雜質，并收集濾液；再用孔徑為0.22 μ m的濾膜對上一步的濾液進行過濾，
d、收集濾液，在_50°C對濾液進行冷凍干燥。
[0022]參見圖1，為該條件下合成的固態碳點在365nm紫外燈照射前后的實物照片。由圖可知在紫外燈照射下，碳點發出明顯的肉眼可見的藍光。
[0023]參見圖2，為該條件下合成的固態碳點的XRD圖。
[0024]參見圖3，為該條件下合成的固態碳點的熒光光譜圖。
[0025]參見圖4，為該條件下合成固態的碳點的熒光發射峰隨激發波長而變的光譜圖。
[0026]參見圖5 (a)，是該條件下制備的碳點的透射電鏡圖。
[0027]實施例2:
一種固態發光碳點的制備方法，包括如下步驟:
a、稱取2.0g的大米面分散在50ml的去離子水中，配成濃度為0.04g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌30min。
[0028]b、將攪拌后的前驅體溶液轉入高壓反應釜中，180°C水熱3h。
[0029]C、將反應后的產物以6000rpm的離心速率離心lOmin，除去大顆粒的雜質，再用孔徑為0.22 μ m的濾膜進行過濾；
d、把濾液收集，在_50°C對濾液進行冷凍干燥。
[0030]參見圖5 (b)，是該條件下制備碳點的的透射電鏡圖。
[0031]實施例3:
一種固態發光碳點的制備方法，包括如下步驟:
a、稱取2.0g的玉米面分散在40ml的去離子水中，配成濃度為0.05g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌30min。
[0032]b、將攪拌后的前驅體溶液轉入高壓反應釜中，180°C下水熱4h。
[0033]C、將反應后的產物以6000rpm的離心速率離心lOmin，出去大顆粒的雜質，再用孔徑為0.22 μ m的濾膜進行過濾。
[0034]d、收集濾液，在_50°C對濾液進行冷凍干燥。
[0035]參見圖5 (C)，是該條件下制備的碳點的透射電鏡圖。
[0036]實施例4:
一種固態發光碳點的制備方法，包括如下步驟:
a、稱取2.0g面粉分散在40ml的去離子水中，配成濃度為0.04g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌30min。
[0037]b、將攪拌后的前驅體溶液轉入高壓反應釜中，180°C下水熱4h。
[0038]C、將反應后的產物以6000rpm的離心速率離心lOmin，出去大顆粒的雜質，再用孔徑為0.22 μ m的濾膜進行過濾。
[0039]d、收集濾液，在_50°C對濾液進行冷凍干燥。
[0040]參見圖5 (d)，是該條件下制備的碳點的透射電鏡圖。
[0041]雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于，以重量份計，包括以下步驟: a.稱取0.8—3份的谷物原料分散在40-60ml的去離子水中配成濃度為0.02—0.05g/ml的前驅體溶液，于磁力攪拌器上充分攪拌均勾; b.將攪拌后的前驅體溶液轉入高壓反應釜中，進行水熱處理； c.將水熱后的產物先經離心分離，除去大顆粒的雜質，再用濾膜二次過濾，并收集濾液； d.把所得的濾液用冷凍干燥的方法，即可以得到固態發光碳點的粉末。2.根據權利要求1所述的一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于所述的谷物原料為面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面中的一種。3.根據權利要求1所述的一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于:所述的水熱處理的水熱溫度為180°C，時間為3 — 6h。4.根據權利要求1所述的一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于:所述的離心分離的轉速為6000rpm，離心時間為lOmin。5.根據權利要求1所述的一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于:所述的步驟c中的二次過濾，所用濾膜孔徑為0.22 μ mo6.根據權利要求1所述的一種固態發光碳點的制備方法，其特征在于:所述的冷凍干燥的溫度為_50°C。
【專利摘要】本發明提供了一種固態發光碳點的制備方法。是一種以面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面等谷物原料作為含C前驅體制備固態發光碳點的方法，屬于納米材料的制備領域。本發明的制備方法以面粉等谷物原料為含C前驅體，配制成一定濃度的前驅體溶液，不添加其它任何化學試劑，在水熱條件下，經過簡單的后處理，綠色合成在液態和固態都能發光的碳點。該方法有效解決了傳統方法制備出的碳點在溶液中發光，經干燥后引起的固體熒光猝滅現象。該制備方法原料廉價易得，合成路徑簡單，原料安全無毒，是完全的綠色合成。本發明制備的固態發光碳點呈粉末狀，易于分散，利于進一步的利用。發光像其在溶液中發光現象一樣，具有明顯的激發波長的依賴性。
【IPC分類】C09K11/65, C01B31/02
【公開號】CN105152157
【申請號】CN201510584511
【發明人】王建設, 鞠偉, 李中軍, 王雅蘋, 要紅昌, 何占航, 李佳, 張琳
【申請人】鄭州大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月15日