一种固态发光碳点的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料的制备领域，特别涉及一种固态发光碳点的制备方法。
【背景技术】
[0002]自从2004年首次发现碳点以来，碳点以其独特的光学性能、良好的水溶性、易于功能化修饰、优异的化学稳定性、生物毒性低、易于大规模合成等优点在生物成像、药物运输、荧光传感、光电器件等领域受到了极大的关注。目前碳点主要有物理合成法以及化学合成法，化学合成法主要包括:电化学合成法、微波辅助合成法、化学氧化法、高温热解法、水热合成法等。
[0003]水热合成法是指将含C前驱体置于高压反应釜中，利用物质在水溶液中在高温高压条件下发生一系列的化学反应生成具有较高量子产率的荧光碳量子点，所得产物纯度高，分散性好、粒度易于控制。目前有一类依靠水热法从天然有机物中提取碳量子点的反应。鸡蛋、野草、蚕丝、树叶、橘子汁等天然含C有机物被广泛用来作为碳源合成碳量子点。这类反应原料廉价易得，且该类天然有机物安全无毒，具有广阔的应用前景。
[0004]由于碳纳米材料独特的光学性质，其在光电器件等领域有着巨大的应用前景。然而，目前已报到的碳点大多都是在溶液里面发光，聚沉引起的荧光猝灭现象在碳点的干燥过程中是普遍存在的。
[0005]固体状态下发光碳点的缺少限制了其作为固体荧光粉在光电器件等领域的应用。目前有关固体发光碳点的报道还很少见，只有一些基于碳点的复合材料见到报到。在这些体系中，为了抑制碳点的荧光猝灭，碳点常被分散到PVP、PVA、PAA等聚合物或者玻璃凝胶的基质中。但这类体系合成的复合材料往往具有固定的形貌，聚合物容易成膜，不利于进一步的分散；长春光机所的申德振课题组首次报道了将碳量子点掺杂到淀粉的基质中，碳量子点表面的氨基通过和淀粉表面的羟基形成氢键，可以抑制表面能量的非辐射跃迀进而有效抑制固体的荧光猝灭现象，该方法对于碳量子点的固体应用有着潜在的促进意义。但该方法为两步合成，即先合成碳量子点，再分散到淀粉的基质中，合成周期比较长。因此，寻求简单快捷、且易于大规模合成固体状态下能够发光的碳量子点是这一领域的当务之急。
【发明内容】
[0006]综上所述，针对现有技术的不足，本发明提供了一种简单快捷、安全无毒、且利于大规模合成的固态发光碳点的合成方法。
[0007]—种固态发光碳点的制备方法，以重量份计，包括以下步骤:
a.称取0.8—3份的谷物原料分散在40-60ml的去离子水中配成浓度为0.02—0.05g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌均勾;
b.将搅拌后的前驱体溶液转入高压反应釜中，进行水热处理；
c.将水热后的产物先经离心分离，除去大颗粒的杂质，再用滤膜二次过滤，并收集滤液； d.把所得的滤液用冷冻干燥的方法，即可以得到固态发光碳点的粉末。
[0008]进一步，所述的谷物原料为面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面中的一种。
[0009]进一步，所述的水热处理的水热温度为180°C，时间为3 — 6h。
[0010]进一步，所述的离心分离的转速为6000rpm，离心时间为lOmin。
[0011]进一步，所述的步骤c中的二次过滤，所用滤膜孔径为0.22 μ m。
[0012]进一步，所述的冷冻干燥的温度为_50°C。
[0013]有益效果:
1、本发明的合成路径简单，原料安全无毒，是完全的绿色合成。
[0014]2、本发明制备的固态发光碳点呈粉末状，易于分散，有利于进一步的利用。区别于传统的将其分散在聚合物的基质中的方法，具有特定的外形。
[0015]3、本发明制备的固体粉末具有良好的水溶性，且固体发光像其在水溶液里发光一样，具有明显的激发波长的依赖性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明制备的碳点在365nm紫外灯照射前后的实物照片。
[0017]图2是本发明制备的碳点的XRD图图3是本发明制备的碳点的荧光光谱图
图4是本发明制备的碳点的荧光发射峰随激发波长而变的光谱图。
[0018]图5是本发明制备的碳点的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
实施例1
一种固态发光碳点的制备方法，包括如下步骤:
a、称取1.5g的高粱面分散在60ml的去离子水中，配成浓度为0.025g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌30min。
[0020]b、将搅拌后的前驱体溶液放入高压反应釜中，180°C水热4h。
[0021]C、将反应后的产物以6000rpm的离心速率离心lOmin，除去大颗粒的杂质，并收集滤液；再用孔径为0.22 μ m的滤膜对上一步的滤液进行过滤，
d、收集滤液，在_50°C对滤液进行冷冻干燥。
[0022]参见图1，为该条件下合成的固态碳点在365nm紫外灯照射前后的实物照片。由图可知在紫外灯照射下，碳点发出明显的肉眼可见的蓝光。
[0023]参见图2，为该条件下合成的固态碳点的XRD图。
[0024]参见图3，为该条件下合成的固态碳点的荧光光谱图。
[0025]参见图4，为该条件下合成固态的碳点的荧光发射峰随激发波长而变的光谱图。
[0026]参见图5 (a)，是该条件下制备的碳点的透射电镜图。
[0027]实施例2:
一种固态发光碳点的制备方法，包括如下步骤:
a、称取2.0g的大米面分散在50ml的去离子水中，配成浓度为0.04g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌30min。
[0028]b、将搅拌后的前驱体溶液转入高压反应釜中，180°C水热3h。
[0029]C、将反应后的产物以6000rpm的离心速率离心lOmin，除去大颗粒的杂质，再用孔径为0.22 μ m的滤膜进行过滤；
d、把滤液收集，在_50°C对滤液进行冷冻干燥。
[0030]参见图5 (b)，是该条件下制备碳点的的透射电镜图。
[0031]实施例3:
一种固态发光碳点的制备方法，包括如下步骤:
a、称取2.0g的玉米面分散在40ml的去离子水中，配成浓度为0.05g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌30min。
[0032]b、将搅拌后的前驱体溶液转入高压反应釜中，180°C下水热4h。
[0033]C、将反应后的产物以6000rpm的离心速率离心lOmin，出去大颗粒的杂质，再用孔径为0.22 μ m的滤膜进行过滤。
[0034]d、收集滤液，在_50°C对滤液进行冷冻干燥。
[0035]参见图5 (C)，是该条件下制备的碳点的透射电镜图。
[0036]实施例4:
一种固态发光碳点的制备方法，包括如下步骤:
a、称取2.0g面粉分散在40ml的去离子水中，配成浓度为0.04g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌30min。
[0037]b、将搅拌后的前驱体溶液转入高压反应釜中，180°C下水热4h。
[0038]C、将反应后的产物以6000rpm的离心速率离心lOmin，出去大颗粒的杂质，再用孔径为0.22 μ m的滤膜进行过滤。
[0039]d、收集滤液，在_50°C对滤液进行冷冻干燥。
[0040]参见图5 (d)，是该条件下制备的碳点的透射电镜图。
[0041]虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
【主权项】
1.一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于，以重量份计，包括以下步骤: a.称取0.8—3份的谷物原料分散在40-60ml的去离子水中配成浓度为0.02—0.05g/ml的前驱体溶液，于磁力搅拌器上充分搅拌均勾; b.将搅拌后的前驱体溶液转入高压反应釜中，进行水热处理； c.将水热后的产物先经离心分离，除去大颗粒的杂质，再用滤膜二次过滤，并收集滤液； d.把所得的滤液用冷冻干燥的方法，即可以得到固态发光碳点的粉末。2.根据权利要求1所述的一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于所述的谷物原料为面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面中的一种。3.根据权利要求1所述的一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于:所述的水热处理的水热温度为180°C，时间为3 — 6h。4.根据权利要求1所述的一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于:所述的离心分离的转速为6000rpm，离心时间为lOmin。5.根据权利要求1所述的一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于:所述的步骤c中的二次过滤，所用滤膜孔径为0.22 μ mo6.根据权利要求1所述的一种固态发光碳点的制备方法，其特征在于:所述的冷冻干燥的温度为_50°C。
【专利摘要】本发明提供了一种固态发光碳点的制备方法。是一种以面粉、玉米面、大米面、高粱面、小米面等谷物原料作为含C前驱体制备固态发光碳点的方法，属于纳米材料的制备领域。本发明的制备方法以面粉等谷物原料为含C前驱体，配制成一定浓度的前驱体溶液，不添加其它任何化学试剂，在水热条件下，经过简单的后处理，绿色合成在液态和固态都能发光的碳点。该方法有效解决了传统方法制备出的碳点在溶液中发光，经干燥后引起的固体荧光猝灭现象。该制备方法原料廉价易得，合成路径简单，原料安全无毒，是完全的绿色合成。本发明制备的固态发光碳点呈粉末状，易于分散，利于进一步的利用。发光像其在溶液中发光现象一样，具有明显的激发波长的依赖性。
【IPC分类】C09K11/65, C01B31/02
【公开号】CN105152157
【申请号】CN201510584511
【发明人】王建设, 鞠伟, 李中军, 王雅苹, 要红昌, 何占航, 李佳, 张琳
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月15日