一种氮掺杂荧光碳点的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，属于碳纳米材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]碳点是一种由粒径小于20nm的单层或少层石墨烯片层组成的的具有荧光性质的碳颗粒，它是在2004年由南卡罗莱纳大学首次从碳纳米管的裂解物中提取出的副产物。研究发现，由于碳点具有荧光特性优良、生物相容性好、毒性低、光稳定性好、无光闪烁现象等优异的性能而受到人们广泛关注，在生物成像、光电器件、离子检测和光学传感等领域显示出巨大的应用潜力。
[0003]目前关于碳点的制备方法主要分为两大类:I)“自上而下”的方法，这种方法一般通过严苛的化学反应，如电弧放电、激光烧蚀、(电)化学氧化等方法，将整体碳结构破碎，如(氧化)石墨、碳纳米管、活性炭、炭纤维等，制备得到小尺度的碳点。这种方法一般能批量制备碳点，同时兼具结晶性好、尺寸可调控的优点，但其荧光量子产率较低；2) “自下而上”方法。这种方法主要采用小分子有机物或者聚合物为前驱体，如柠檬酸、糖类、寡聚物为前驱体，经过水热、微波、碳化等过程，制备得到碳点。这种方法一般得到碳点荧光量子产率较高，并且制备过程容易操作，但制备得到的碳点结晶性差、尺寸不可调控，产品收率低。
[0004]尽管有大批量的工作报导制备合成碳点，但是如何使用廉价易操作的制备方法，大批量制备具有杂原子掺杂、高荧光产率的碳点一直是人们努力的方向，也是人们亟待解决的难题。
【发明内容】
[0005]为了克服已有技术存在的不足，本发明目的是提供一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，利用本方法制备的目标产物氮掺杂荧光碳点，具有反应条件绿色环保，易于控制，容易大批量生产的特点，且兼具有单分散、荧光量子产率高和产品收率高等优点，可广泛应用在光电器件、生物成像、检测和传感等领域。
[0006]为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是:一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、将碳源破碎研磨后，放入200目筛网进行筛分，再将筛分后的碳源置于100-110°C的烘箱中，干燥5-6h，所述碳源选自无烟煤、石墨粉、烟煤、石油沥青、煤焦油、煤液化残渣或中温煤沥青中的一种。
[0008]步骤2、待步骤I中的烘箱冷却至室温后，称取经烘箱干燥后，质量为200-600mg的碳源，置于50ml烧杯中，再加入有机溶剂，充分搅拌，均匀分散碳源并超声0.8-1.2h，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺或二甲基甲酰胺与二甲基乙酰胺两种混合溶剂中的一种，体积为1-20ml ο
[0009]步骤3、将步骤2制得的混合物，置于50ml水热釜中，水热反应2-12h，水热釜温度控制在60-180°C。
[0010]步骤4、步骤3结束后，待水热釜冷却至室温，再将悬浮液取出并置于高速台式离心机中，离心10-20min后，取出上层清液，得到荧光碳点的水溶胶，离心机转速控制在8500-9000rpmo
[0011]步骤5，将步骤4得到的荧光碳点水溶胶，置于旋蒸设备中，除去有机溶剂后，制得粉末状的目标产物氮掺杂荧光碳点。
[0012]本发明有益效果是:一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，包括以下步骤:步骤1、将碳源破碎研磨后，放入200目筛网进行筛分，再将筛分后的碳源置于100-110°C的烘箱中，干燥5_6h，所述碳源选自无烟煤、石墨粉、烟煤、石油沥青、煤焦油、煤液化残渣或中温煤沥青中的一种，步骤2、待步骤I中的烘箱冷却至室温后，称取经烘箱干燥后，质量为200-600mg的碳源，置于50ml烧杯中，再加入有机溶剂，充分搅拌，均匀分散碳源并超声0.8-1.2h，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺或二甲基甲酰胺与二甲基乙酰胺两种混合溶剂中的一种，体积为10-20ml。步骤3、将步骤2制得的混合物，置于50ml水热釜中，水热反应2_12h，水热釜温度控制在60-180°C。步骤4、步骤3结束后，待水热釜冷却至室温，再将悬浮液取出并置于高速台式离心机中，离心10-20min后，取出上层清液，得到荧光碳点的水溶胶，离心机转速控制在8500-9000rpm。步骤5，将步骤4得到的荧光碳点水溶胶，置于旋蒸设备中，除去有机溶剂后，制得粉末状的目标产物氮掺杂荧光碳点。与已有技术相比，本发明利用廉价丰富的碳源，经过溶剂热作用，剥离出前驱体中的石墨微晶，并在有机溶剂作用下，制备了氮掺杂的碳点。该方法具有反应条件绿色环保，易于控制，容易大批量生产的特点。所得荧光碳点无需进一步分离既可以实现单分散，且兼具荧光量子产率高和产品收率高的特点，有望广泛应用在光电器件、生物成像、检测和传感等领域。
【附图说明】
[0013]图1是本发明制备目标产物荧光碳点透射电镜照片图。插图:目标产物碳点高倍透射照片图。
[0014]图2是本发明制备目标产物荧光碳点对应的粒径分布图。
[0015]图3是本发明制备目标产物荧光碳点紫外可见、吸收光谱和最大吸收波长下的发射光谱图。插图:日光和紫外灯下碳点溶胶。
[0016]图4是本发明制备目标产物荧光碳点不同激发波长下的发射光谱图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0018]实施例1
[0019]将无烟煤破碎研磨，采用200目筛网进行筛分，在100°C烘箱中干燥5h，冷却至室温后，称取经烘箱干燥后的504mg无烟煤并置于50ml烧杯中，再加入20ml二甲基甲酰胺，充分搅拌，均匀分散碳源并超声1.2h，再将混合物置于50ml水热釜中，在180°C水热反应12h ；上述反应结束后，待水热釜冷却至室温，将悬浮液取出在高速台式离心机中以9000rpm速度离心20min后，取上层清液得到荧光碳点的水溶胶;再将荧光碳点的水溶胶置于旋蒸设备中，除去有机溶剂后，即可获得粉末状的荧光碳点。以荧光染料硫酸奎宁做参比，制备得到的荧光碳点的量子产率达12.5%，以无烟煤为参比，产品收率为11.1wt.%。所得目标产物的形貌如图1所示，紫外可见以及荧光光谱图如图3、4所示。
[0020]实施例2
[0021]将石墨粉研磨，采用200目筛网进行筛分，在110°C烘箱中干燥5h，冷却至室温后，称取经烘箱干燥后的504mg石墨粉并置于50ml烧杯中，再加入20ml