一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法

本发明涉及碳点合成技术领域，具体涉及一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法。

背景技术：

经过科学家的不懈努力，碳点的合成方法已经获得很大进展，合成方法上从最早的多步操作到现在的一步法合成，荧光量子的产率从最初不及1％到现在可高达60％。

各类碳源的合成方法很多，主要分为自下而上和自上而下两种：自下而上的方法则主要是以小分子为前体，通过一系列化学反应最终合成碳点；自上而下的方法主要是将大尺寸的碳材料通过化学或者物理的方法通过氧化、切割得到小粒径的碳点。当然，也有碳点在制备过程中同时存在自下而上和自上而下两个过程，例如用蚕丝合成碳点，先将蚕丝逐步裂解使其变成片段，随后各片段发生聚合形成碳点。许多有机分子制备碳点的过程存在同样的过程。具体的制备方法有电化学法、激光辐射、微波法h、超声法、水热法等。

但是，现有技术中大多数方法需要昂贵的设备支持或者繁琐的过程。因此，本发明旨在设计具有优良综合性能碳点的合成方法，提供一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法，通过以茶叶粉末为原料，将其与蒸馏水在反应釜中于200℃，时间为8小时的合成条件下利用水热法合成碳点，所用的合成方法简单、合成步骤耗时较短、所需原料廉价易得，同时，合成得到的碳点的荧光性能、抗光漂白性和抗盐性良好；此外，本发明合成的碳点作为新型荧光碳纳米材料的碳点，在荧光分析方面具有极大的应用潜力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法，具体包括以下步骤：

s1、原料准备，采集新鲜茶叶，去弃新鲜茶叶表面杂质，然后将新鲜茶叶放于自然环境中进行风干，并采用碾钵将干净的新鲜茶叶碾至粉末状，获得茶叶粉末；

s2、取步骤s1中获得的茶叶粉末加入反应釜中，然后向反应釜中加入蒸馏水，旋紧反应釜的盖子并将其放置于真空干燥箱内，加热至195-205℃，待反应釜内反应2h后，将真空干燥箱内的反应釜取出冷却至室温；

s3、将步骤s2中冷却至室温的反应釜重新放入真空干燥箱内，并加热至195-205℃，待反应釜内反应8h后，取出反应釜中的生成物溶于10ml乙酸溶液中，制得荧光碳点储备液。

进一步地，步骤s2中所述的茶叶粉末的质量为0.3g，蒸馏水的体积为3.7ml。

进一步地，步骤s3中所述的乙酸溶液的浓度为0.1mol/l。

进一步地，步骤s2中将反应釜放置于真空干燥箱内，加热至200℃；步骤s3中将反应釜重新放入真空干燥箱内，加热至200℃。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明以茶叶粉末为原料，将其与蒸馏水在反应釜中于200℃，时间为8小时的合成条件下利用水热法合成碳点，所用的合成方法简单、合成步骤耗时短、所需原料廉价易得，同时，合成得到的碳点的荧光性能、抗光漂白性和抗盐性良好；

2、本发明合成的碳点作为新型荧光碳纳米材料的碳点，在荧光分析方面具有极大的应用潜力。

附图说明

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中合成的碳点在不同的激发波长处荧光变化图；

图3是本发明实施例中离子强度对碳点荧光强度的影响曲线图；

图4是本发明实施例中紫外光照时间对碳点荧光强度的影响曲线图；

图5是本发明实施例中ph对碳点荧光强度的影响曲线图；

图6是本发明实施例中溶剂对碳点荧光强度的影响曲线图；

图7是本发明实施例中碳点和罗丹明b的光谱图；

图8是本发明实施例中固定碳点浓度改变罗丹明b浓度的能量转移图；

图9是本发明实施例中改变碳点浓度固定罗丹明b浓度的能量转移图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：一种以茶叶粉末为原料水热法合成碳点的方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

s1、原料准备，采集新鲜茶叶，去弃新鲜茶叶表面杂质，然后将新鲜茶叶放于自然环境中进行风干，并采用碾钵将干净的新鲜茶叶碾至粉末状，获得茶叶粉末；

s2、取0.3g步骤s1中获得的茶叶粉末加入反应釜中，然后向反应釜中加入3.7ml蒸馏水，旋紧反应釜的盖子并将其放置于真空干燥箱内，加热至200℃，待反应釜内反应2h后，将真空干燥箱内的反应釜取出冷却至室温；

s3、将步骤s2中冷却至室温的反应釜重新放入真空干燥箱内，并加热至200℃，待反应釜内反应8h后，取出反应釜中的生成物溶于10ml乙酸溶液中，制得荧光碳点储备液。

其中，步骤s3中的乙酸溶液的浓度为0.1mol/l。

在本实施例中，本发明以茶叶粉末为原料，将其与蒸馏水在反应釜中于200℃，时间为8小时的合成条件下利用水热法合成碳点，所用的合成方法简单、合成步骤耗时较短、所需原料廉价易得，同时，合成得到的碳点的荧光性能、抗光漂白性和抗盐性良好；此外，本发明合成的碳点作为新型荧光碳纳米材料的碳点，在荧光分析方面具有极大的应用潜力。

以下通过实验对合成的碳点的主要性质进行验证：

1、合成的碳点的荧光光谱

将合成的碳点稀释一定倍数后，用荧光光度计测其荧光强度，用300nm到370nm的波长对其进行激发，其各波长激发后的荧光发射光谱图如图3-1所示，当激发波长由300nm变化到330nm时cds的荧光强度逐渐增加；当激发波长由330nm增加到370nm时，碳点的荧光强度逐渐降低；由图还可以看出cds的发射波长发生蓝移。最佳激发波长λex＝330nm时的，最大发射波长在λem＝410nm处。

2、离子强度对碳点荧光强度的影响

取一定量的碳点储备液分别置于8根比色管中，分别往其中加入不同量的nacl储备液，使其中的nacl在定容后的浓度分别为0mol/l，0.1mol/l，0.3mol/l，0.6mol/l，1.0mol/l，1.3mol/l1，1.6mol/l，2.0mol/l。将各溶液混匀后静置30min再测定其荧光光谱。如图3所示，在nacl浓度范围为0.0-2.0mol/l1的溶液之中，所测得碳点的荧光强度基本保持稳定不变。由此可判断，碳点有较强的抗盐能力。

3、紫外光照时间对碳点荧光强度的影响

为判定碳点是否具有比较良好的抗光漂白能力，将已合成好的碳点用蒸馏水稀释一定浓度后将其置于365nm紫外灯下照射，间隔不同的时间后用荧光光度计测其荧光强度，记录其荧光强度并绘制成图，如图4所示，可以看出随着紫外光时间的延长，碳点的荧光强度逐渐增加，并且在大约20min后碳点的荧光强度基本趋于稳定并变化不大，且在随后的连续照射至24h，碳点的荧光强度也基本保持不变。可以说明所合成的碳点发光相对稳定，并具有比较良好的抗光漂白能力。因此，在此后每次使用碳点进行分析检测前，都应先将待测的碳点溶液置于紫外灯下照射20min，使其在测试的过程中碳点的荧光强度相对稳定。

4、ph对碳点荧光强度的影响

本实验为了考察ph对碳点的荧光强度存在的影响，采用了br作为缓冲溶液来调节体系的ph值，将碳点用不同ph的br缓冲液稀释，保证每个比色管中的碳点的相同，随后用荧光光度计测其荧光强度。根据图5分析，不难发现：ph是影响碳点的荧光强度的一个重要因素。当ph＝7时，碳点的荧光强度值达到最大。当ph>7时，随着ph的增大，碳点的荧光强度也随之变小，在ph达到10时荧光发生猝灭；当ph<7时，随着ph的减小，碳点的荧光强度随着ph的减小而减小。通过本实验看出，碳点的溶液体系的ph应该控制在7左右，这样可以保证到荧光强度处于最优状态。

5、溶剂对碳点荧光强度的影响

荧光物质的荧光强度一般会受到溶剂影响，碳点同样的也是如此，如图我们分别测定了碳点在不同溶剂(水、乙醇、丙酮)中的荧光性能，碳点不溶于二氯甲烷中。而溶解于乙醇时的荧光强度是最高的，如图6所示。在丙酮中，碳点荧光强度发生略微的猝灭，荧光发射波长比之在水中发生了蓝移。

6、碳点与罗丹明b的荧光共振能量转移

能发生荧光共振能量转移必须具备以下2个条件(1)供体和受体的激发光谱必须要足够分开；(2)供体的发射光谱与受体的吸收光谱要重叠。罗丹明b是一种良好的有机染料受体，吸收光谱范围较宽，在紫外区间有强烈吸收，随后逐渐减弱至可见光区间；发射光谱较窄且对称，具有较大的斯托克位移，避免与供体发射光谱重叠。而作为能量供体碳点发射光谱较宽，增加了与受体吸收光谱的重叠机率。如图3-6所示。由图可知：作为供体的碳点发射光谱与作为受体的罗丹明b的吸收光谱在一定程度有重叠，且罗丹明b和碳点的荧光发射光谱仅有少部分重叠。所以，碳点和罗丹明b之间可以构成荧光共振能量转移。

7、固定碳点浓度改变罗丹明b浓度的能量转移

固定体系中碳点的浓度不变，体系在ph＝7的br缓冲液中反应，当改变体系中罗丹明b溶液的浓度时，其cds和罗丹明b的荧光光谱变化图，如图8所示当罗丹明b的浓度从1.0×10^-5mol/l逐渐增大到8.0×10^-5mol/l时，受体罗丹明b的荧光逐渐增加，而碳点的荧光强度则随之下降,进一步说明了碳点的发射的能量转给了罗丹明b，为此供体荧光强度降低，受体荧光强度升高。

8、改变碳点浓度固定罗丹明b浓度的能量转移

固定体系中受体罗丹明b的浓度为1.0×10^-5mol/l，体系在ph＝7的br缓冲液中反应，当改变体系中碳点溶液的浓度时，其cds和罗丹明b的荧光光谱变化图如图8所示。由图9可知，当加入碳点的体积逐渐增大时，体系中供体碳点的荧光强度逐渐增强，而受体罗丹明b的荧光强度也随之增强。也就是说，随着碳点浓度的增大，供体将其能量转移给受体，为此供受体的荧光强度都升高。

实验结论：通过茶叶粉末为原料，与蒸馏水在反应釜中于200℃，t＝8h的合成条件下水热法合成了碳点，所用的合成方法简单、合成步骤耗时较短、所需原料廉价易得。合成得到的碳点表现出良好的荧光性能、抗光漂白性、抗盐性。由此可见，作为新型荧光碳纳米材料的碳点，在荧光分析方面将会有极大的应用潜力。研究碳点作为供体的荧光共振能量转移，发现碳点与罗丹明b在ph＝7的br缓冲液中有荧光共振能量转移的现象。实验结果表明：在ph＝7的br缓冲液中罗丹明b与碳点发生了能量转移。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。