一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法与流程

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法。

背景技术：

碳量子点(carbon dots，CQDs)，又称碳点或者碳纳米点，是一类尺寸在10纳米以下的新型零维的碳纳米发光材料，是一种类球形的碳颗粒。相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，碳量子点具有传统量子点不具有的优点，它既有纳米粒子的小尺寸特点，又具有量子点的荧光性质，还有非常好的生物相容性。由于量子点尺寸小，其载流子的能量呈量子化，使得量子点具有优异的光学、电学性能。碳量子点以其良好的化学稳定性和生物相容性等优势获得了越来越多的重视。这种发光纳米材料在光电器材、纳米传感器、医学成像设备、生物标记、离子检测以及光催化领域具有重要的应用前景。

作为一种新颖的纳米材料，已经报到了许多关于碳量子点的制备方法。CQDs的制备方法主要包括混酸氧化法、电化学氧化法、水热法、弧光放电、模板合成法、激光消融以及自下而上小分子合成法等。尽管上述方法已经制备出荧光性较好的CQDs，但是这些方法的实验过程操作繁琐、对原料要求较高、对实验装置要求高、对环境不友好等确定，因而限制了CQDs的工业化的制备。而煤不仅廉价易得，并且煤结构是由纳米结晶片和中间无环碳链组成，但大部分文献记载是使用混酸(H₂SO₄/HNO₃)或强酸对煤粉进行氧化回流16-24小时制备出水溶性和荧光性特性均较好的CQDs，并且后期还要对酸进行处出，这种用酸进行长时间的氧化回流制备的碳量子点时，CQDs会被氧化掉，降低产率；并且后期处理过程比较麻烦，并且会产生大量废液和有毒气体，也会对环境造成一定程度的污染，难以进行工业化的生成。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法，中国褐煤保有储存量1300亿吨，占全国煤炭储存量13％，褐煤原料丰富，廉价易得，因此本发明选择褐煤为原料。并选用绿色氧化剂H₂O₂作为氧化剂，氧化后产生的H₂O和O₂，不会对环境产生污染，方法绿色。制备出水溶性好、荧光效率高的碳量子点。

本发明的技术方案：

一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法，步骤如下：

将100-1000目褐煤与去离子水、双氧水混合并搅拌，于60℃-110℃温度条件下水热反应6-18h，水热反应伴随连续磁力搅拌，其中，每1g褐煤中添加10-200ml的去离子水与3-50ml的双氧水；反应结束后，冷却，离心分离除去未被氧化的大颗粒；将得到的液体旋蒸除水，即得碳量子点。

所述的双氧水的质量浓度为30％。

所述的离心分离的转速为10000-18000rpm，时间为5-30min。

所述的旋蒸的温度为40℃-75℃。

本发明的有益效果：本发明以廉价易得的褐煤为原料，通过控制褐煤煤粉、去离子水、双氧水的比例、水热反应温度、时间等参数即可实现石墨烯的宏观制备。本发明采用绿色的氧化剂双氧水直接氧化褐煤来制备碳量子点，氧化后的产生的水和氧气不会对环境产生污染，制备的碳量子点不但具有水溶性好、荧光效率高的优点，而且制备成本低廉，操作简单，后处理方便，产率高，便于工业化生产。

附图说明

图1为通过激光光散射测量碳量子点的粒径分布，粒径分布在1-10nm之间。

图2为碳量子点的UV-vis吸收光谱。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

将0.5克干燥的褐煤粉末加入到100ml的去离子水和10ml的质量分数为30％的H₂O₂中，在100℃的条件下回流8h。待自然冷却至室温后，用高速冷冻离心机在18000rpm下离心，离心后用旋转蒸发仪将所得液体蒸干，65℃下真空干燥，得到红棕色的CQDs粉末。

实施例2

将2.00克干燥的褐煤粉末加入到50ml的去离子水和15ml的质量分数为30％的H₂O₂中，在70℃的条件下回流15h。待自然冷却至室温后，用高速冷冻离心机在15000rpm下离心2次，每次为20min，并用旋转蒸发仪将所得液体蒸干，65℃下真空干燥，得到红棕色的CQDs粉末。

实施例3

将1克干燥的褐煤粉末加入到30ml的去离子水和20ml的质量分数为30％的H₂O₂中，在80℃的条件下回流10h。待自然冷却至室温后，用高速冷冻离心机在10000rpm下离心2次，每次为20min，并用旋转蒸发仪将所得液体蒸干，65℃下真空干燥，得到红棕色的CQDs粉末。

实施例4

将0.5克干燥的褐煤粉末加入到50ml的去离子水和10ml的质量分数为30％的H₂O₂中，在60℃的条件下回流8h。待自然冷却至室温后，用高速冷冻离心机在10000rpm下离心2次，每次为20min，并用旋转蒸发仪将所得液体蒸干，65℃下真空干燥，得到红棕色的CQDs粉末。