一种促进绿豆生长的纳米肥料及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料制备，具体涉及一种促进绿豆生长的纳米肥料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，世界农业仍面临巨大挑战。随着人口的增长，对粮食的需求进一步增大。然而由于环境污染等问题，土壤有机质下降、养分流失，进一步增加了人们对农作物的高需求。

2、纳米材料的快速发展为很多社会问题提供了解决方案，包括生物，农业和环境领域。根据文献报道，许多纳米材料已被证明对植物有正面或者负面影响，包括金属，金属氧化物，金属氢氧化物。石墨炔(gdy)作为一种新兴的碳纳米材料，因其均匀分布的特性而受到越来越多的关注，孔隙多，高π共轭，电子性质可调。这些优良的特性已被广泛地探讨在储能和催化剂领域，gdy是一种半导体，半导体的荧光可以通过改变其尺寸来调节，特别是当尺寸小于或等于10nm时，即变成量子点(qd)。与普通gdy纳米片相比，小的gdqds可以更有效地穿过细胞膜，因此具有更高的生物活性和更多的表面缺陷。与已经报告的碳点和石墨烯量子点相比，gdqds独特的化学结构(sp-c)和优异的电化学性能(例如自然带隙、本征空穴和电子流动性)赋予了更具吸引力的潜力。gdqds既是电子供体，也是电子受体，可以作为一种良好的能量传递中间体。

3、手性是自然界中普遍存在的。手性纳米结构的重要特性在于它们对右偏振光和圆偏振光的不同响应，由于不同的吸收导致圆二色性(cd)，由于不同的折射率导致不同的光学活性和由于不同的发射速率导致不同的圆偏振发射。事实上，大多数基本的生物化合物都是手性的，包括各种激素、蛋白质、氨基酸、糖和核苷。因此，许多规律和代谢生物学过程的组成与某些分子系统密切相关，手性是一个重要和关键的问题。对于手性化合物，尽管它们具有相同的化学成分，但大多数对映体可能表现出不同的生物活性。目前，市面上的肥料以化肥和有机肥居多。化肥肥效短，易造成土壤结块，易使作物体内亚硝酸盐积累，在存储和加工过程中存在一定的安全隐患。而有机肥肥效迟缓，成分单一，需经过长时间的发酵处理，且经常带有病菌。此外，有机肥不宜与碱性肥料混合使用，否则会大大降低肥效。

4、因此合成一种对环境污染小，生物相容性高，无毒，具有良好水溶性，能够快速地被作物吸收的纳米肥料具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种促进绿豆生长的纳米肥料，其主要成分为手性石墨炔量子点，该手性石墨炔量子点具有天然和规则的纳米孔，其大小和形状可以调整以创建不同类型的结构，使其在结构上具有更大的灵活性和可变性。该纳米肥料具有良好的水溶性和稳定性，对环境污染小，生物相容性高，简单加入到绿豆生长液或者喷洒在绿豆表面即可，操作简单，能明显的增强植物的光合作用，促进绿豆的生长，有效解决了目前肥料合成方法复杂，耗时长，肥效发挥迟缓，营养吸收慢，对环境生物造成一定危害的问题。

2、本发明还提供了所述纳米肥料的制备方法及其应用。

3、技术方案：为了实现上述目的，本发明所述的一种促进绿豆生长的纳米肥料，所述肥料主要成分为手性石墨炔量子点。

4、其中，所述肥料包括手性石墨炔量子点和缓冲液；优选采用pbs缓冲液。

5、本发明所述的促进绿豆生长的纳米肥料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将石墨炔二炔gdy分散于水中，并进行超声处理获得小尺寸的薄层状gdy分散液；

7、(2)将超声后的gdy分散液稀释后，水热反应得到均一溶液，透析后冷冻干燥即可得到gdqds；

8、(3)将冷冻干燥后的石墨炔量子点超声分散到水中，在分散后的溶液中加入edc搅拌，继续加入nhs搅拌均匀，最后加入l-半胱氨酸或者d-半胱氨酸反应(l-cys或者d-cys)，反应结束后透析，透析液冷冻干燥，即可得到l-gdqds或者d-gdqds；

9、(4)将得到的l-gdqds或者d-gdqds加入缓冲液即可得到不同浓度的纳米肥料。

10、其中，步骤(1)中所述超声时间为0.5-1.5h，超声功率为100-300w。

11、作为优选，步骤(1)中超声功率为200w，超声时间为1h。

12、其中，步骤(2)中所述水热温度为180 -200℃，水热时间为6-10h，使用的透析袋为500-1000da截留分子量，透析时间为3-4天。

13、作为优选，步骤(2)中所述水热温度为180℃，水热时间为8h，使用的透析袋为500-1000da截留分子量，透析时间为3天

14、其中，步骤(3)中超声时间为0.5-1h，超声功率为100-300w，gdqds溶液的浓度为1-5mg/ml。

15、作为优选，步骤(3)中超声时间为0.5h，超声功率为300w，gdqds溶液的浓度为3mg/ml。

16、其中，步骤(3)中eds：nhs最佳质量比例为3-4：1。作为优选，eds：nhs最佳质量比例为3.5：1。

17、其中，步骤(3)中l-半胱氨酸或者d-半胱氨酸浓度为0.01-0.02g/ml反应时间为10-14h；使用的透析袋为500-1000da截留分子量，透析时间为3-6天。

18、作为优选，步骤(4)缓冲液为pbs缓冲液，称取氯化钠，氯化钾，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾，加入去离子水充分搅拌溶解得到。

19、作为优选，所述l-半胱氨酸或者d-半胱氨酸浓度为0.02g/ml，反应时间为12h。

20、本发明所述的纳米肥料在促进绿豆生长中的应用。

21、本发明所述的手性石墨炔量子点在制备促进绿豆生长的纳米肥料中的应用；该石墨炔量子点采用两步法合成，首先利用edc/nhs方法活化石墨炔量子点(gdqds)，然后以l/d-半胱氨酸(l/d-cys)为手性源，最后透析除去多余的l/d-cys制得。将制得的手性石墨炔量子点和一定浓度的pbs缓冲液混合，得到促进绿豆生长的纳米肥料。

22、相比于其它sp2杂化的碳基材料，从其结构来看，gdy碳三键非常强，使得炔相对稳定。gdy具有较高比例的乙炔键，具有更强的吸电子性，容易与h2o形成分子间氢键，使得溶液更加稳定。，本发明首次将手性与石墨炔量子点结合，手性石墨炔量子点有望作为一种纳米肥料，大大促进植物的生长。本发明首次将手性和石墨炔量子点相结合，合成手性石墨炔量子点，能够有效的作为一种肥料，对植物生长具有一定的促进作用，尤其是促进绿豆生长。目前已有的方法，需要将石墨炔通过强氧化、离心、透析得到表面含有更多基团的氧化石墨炔，将氧化石墨炔进行水热反应得到氧化石墨炔量子点，再采用两步法，利用氧化石墨炔量子点合成gdqds，步骤繁琐，反应周期长且不易控制氧化石墨炔的浓度。本发明直接用石墨炔溶液进行水热，通过稍微延长石墨炔量子点的水热反应的时间来增加表面基团，接着选用常见的氨基酸(l/dcys)为手性源，采用两步法，edc/nhs活化gdqds得到l/d-gdqds。合成的l/d-gdqds溶于pbs缓冲液中，稀释至一定浓度，可直接加入到培养液中或者喷洒在植物表面即可。本发明合成的手性石墨炔量子点的荧光发射光谱和叶绿体中叶绿素的吸收光谱是一致的，表明手性石墨炔量子点在一定程度上促进了绿豆的光合作用。

23、本发明首次将手性和石墨炔量子点结合得到手性石墨炔量子点，并将手性石墨炔量子点制备成肥料应用于植物生长(绿豆)方面。本发明中的石墨炔量子点相对于其他量子点有很多优异的性质，比如良好的光学性能，生物相容性好，水溶性好，稳定性好等。在合成步骤上也进行了简化，无需通过强酸氧化就可能到很多含氧官能团，这样更利于和手性氨基酸反应。本发明合成的纳米肥料相比于化肥和有机肥，肥效发挥更快，对环境土壤污染更小，不会积累硝酸盐。

24、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

25、1、本发明的方法反应不需要进行强氧化，离心，透析等繁琐步骤，周期缩短，有效减少了时间和成本；同时不需要特殊的设备，成本低廉。

26、2、本发明制备纳米肥料直接加入到植物培养液或喷洒在植物表面即可，方法操作简便。

27、3、本发明首次利用低毒的石墨炔量子点作为材料，l/d-cys为手性源；合成的l/d-gdqds具有良好的水溶性，低毒性，其作为纳米肥料直接加入到绿豆培养液中或喷洒于绿豆表面可一定程度上提高绿豆的光合作用，促进绿豆生长。

28、4、本发明合成的纳米肥料几乎对环境土壤无污染，肥效发挥快，性质稳定，不易于其他肥料发生反应从而降低肥效。