以玉米芯为碳源一步合成荧光碳点的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于荧光碳点的合成技术领域，具体涉及一种以玉米芯为碳源一步合成荧 光碳点的方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米材料主要包括石墨烯、富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维和纳米金刚石。最近， 荧光碳点由于拥有毒性低、生物相容性好、化学稳定性高、光学稳定性优良和激发发射相关 性等特点受到了化学家和材料科学家的广泛关注，这些优点使得荧光碳点和传统的半导体 量子点及普通的荧光染料具有实质的区别，并使得荧光碳点在生物标记和成像、光催化、光 电设备和生物传感器等方面拥有潜在的应用。目前，人们已经提出多种方法来制备荧光碳 点，主要包括弧光放电法、激光销蚀法、电化学氧化法、水热法、微波法和超声法等，然而，这 些方法有的需要苛刻的合成条件，有的需要消耗大量的时间和金钱，有的需要复杂的后处 理过程，有的产率较低或者需要使用大量的强酸和有毒的化学试剂。因此，开发简单、高效、 经济和绿色的方法合成荧光碳点非常必要而且具有深远的意义。
[0003]目前，一些天然原材料已经成功应用于荧光碳点的合成，如选用一些食材(绿茶、 豆浆、姜、红薯、面粉、橘子和香蕉汁）作为碳源，但是这些碳源都存在一定的局限性，无法完 成工业上的大规模生产。利用一些日常生活和自然废弃物等未充分利用的资源来合成荧 光碳点可以达到变废为宝的效果，众所周知，废弃的玉米芯由纤维素、半纤维素和木质素组 成，不仅大量存在于自然界，而且价格低廉。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是提供了一种以玉米芯为碳源一步合成荧光碳点的方法， 该方法以玉米芯为碳源，分别通过水热法、微波法、超声法和直接碳化法合成了荧光碳点， 合成过程操作简单，避免了使用昂贵的仪器、有毒试剂和高温反应条件。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，以玉米芯为碳源一步合成荧光碳 点的方法，其特征在于：将经过预处理的玉米芯、乙二胺和去离子水混合均匀后并分别通过 水热法、微波法和超声法加热反应制得荧光碳点或者将经过预处理的玉米芯直接煅烧制得 荧光碳点，具体步骤为：（1)取经过粉碎、洗涤和烘干的玉米芯、乙二胺和去离子水混合均 匀后置于高压反应釜中于180-200°C反应5_7h得到棕黄色溶液，其中玉米芯的质量与乙二 胺的体积之比为1:15,将得到的棕黄色液体置于离心机中于12000r/min的离心速率离心 lOmin并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，得到荧光碳点；（2)取经过粉碎、洗涤和烘干后的 玉米芯、乙二胺和去离子水于反应容器中混合均匀后置于微波炉中于800W的功率加热反 应6-8min，其中玉米芯的质量与乙二胺的体积之比为1:15,反应产物用去离子水溶解后置 于离心机中于12000r/min的离心速率离心lOmin并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，得到 荧光碳点；（3)取经过粉碎、洗涤和烘干后的玉米芯、乙二胺和去离子水于反应容器中混合 均匀后于50-70°C超声反应7-10h得到淡黄色溶液，其中玉米芯的质量与乙二胺的体积之 比为1:15,将得到的淡黄色液体置于离心机中于12000r/min的离心速率离心lOmin并通 过孔径为〇. 2ym的滤膜过滤，得到荧光碳点；（4)取经过粉碎、洗涤和烘干后的玉米芯于 300-350°C煅烧4-6h得到黑色固体，得到的黑色固体加去离子水形成悬浊液后置于离心机 中于12000r/min的离心速率离心lOmin并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，得到荧光碳点。
[0006] 本发明的原料廉价易得，合成方法简单，反应条件温和，操作简单，避免了使用有 毒试剂，制得的荧光碳点不仅可以直接用作荧光探针检测物质的含量，而且可以用于生物 标记和成像、光催化、光电设备和生物传感器等方面的研究。
【附图说明】
[0007]图1是本发明实施例4制得的荧光碳点的透射电镜图，图2是本发明实施例4制 得的荧光碳点的XRD图谱，图3是本发明实施例4制得荧光碳点的红外光谱图，图4是本发 明实施例4制得的荧光碳点的XPS(：1；3谱，图5是本发明实施例4制得的荧光碳点的XPSNls 谱，图6是本发明实施例4制得的荧光碳点的13C核磁共振碳谱，图7是本发明玉米芯通过 水热法、微波法和超声法加热反应制得荧光碳点的反应方程式图，图8是本发明玉米芯直 接煅烧制得荧光碳点的反应方程式图。
【具体实施方式】
[0008] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0009] 实施例1 分别取经过粉碎、洗涤和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去离子水10mL搅拌均匀 并置于50mL高压反应釜中，分别于100°C、120°C、150°C、180°C、190°C和200°C反应6h得 到棕黄色溶液，将得到的棕黄色溶液置于离心机中于12000r/min的离心速率离心lOmin 并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计 (FP-6500型荧光光谱仪，日本分光公司）分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表1。
[0010] 表1水热反应温度对荧光碳点合成的影响_
由表1可知随着水热反应温度的升高，所得的荧光碳点的荧光强度逐渐增强，当反应 温度为190°c时达到最大，温度高于190°C所得溶液的荧光强度反而下降，这是由于升高温 度有助于玉米芯的碳化，然而过高的温度可能导致碳点表面基团的脱落，影响荧光碳点的 荧光强度，因此选择190°C为最佳的水热反应温度。
[0011] 实施例2 分别取经过粉碎、洗涤和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去离子水10mL搅拌均 匀并置于50mL高压反应釜中，于190°C分别反应2h、4h、5h、6h、7h和10h得到棕黄色溶液， 将得到的棕黄色溶液置于离心机中于12000r/min的离心速率离心lOmin并通过孔径为 0. 2ym的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分光光度计（FP-6500型荧 光光谱仪，日本分光公司）分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表2。
[0012] 表2水热反应时间对荧光碳点合成的影响
由表2可知随着反应时间的延长，水热反应逐渐趋于完全，当反应时间为6h时，荧光强 度达到最大，因此选择最佳的水热时间为6h。
[0013] 实施例3 分别取经过粉碎、洗涤和烘干的玉米芯0.lg，分别加入乙二胺0mL、0. 5mL、l.OmL、 1. 5mL和2.OmL，然后再加入去离子水10mL，搅拌均勾后置于50mL高压反应爸中，于190°C 反应6h得到棕黄色溶液，将得到的棕黄色溶液置于离心机中于12000r/min的离心速率离 心lOmin并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，所得的滤液定容于100mL容量瓶，使用荧光分 光光度计（FP-6500型荧光光谱仪，日本分光公司)分别测定所得溶液的荧光强度，结果见表 3〇
[0014] 表3乙二胺用量对荧光碳点合成的影响
由表3可知当加入乙二胺的用量为1. 5mL时，所合成的荧光碳点的荧光强度达到最大， 因此选择乙二胺的最佳用量为1. 5mL。
[0015] 实施例4 分别取经过粉碎、洗涤和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去离子水10mL搅拌均匀 并置于50mL高压反应釜中，于190°C分别反应6h得到棕黄色溶液，将得到的棕黄色溶液置 于离心机中于12000r/min的离心速率离心lOmin并通过孔径为0. 2ym的滤膜过滤，所得 的滤液定容于l〇〇mL容量瓶，同时分别以玉米芯和乙二胺按照上述步骤进行空白实验，使 用荧光分光光度计（FP-6500型荧光光谱仪，日本分光公司)分别测定所得溶液的荧光强度， 结果见表4。