一种助催化聚合反应的超亲水碳量子点及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于碳量子点的制备及应用技术领域，具体是一种助催化聚合反应的超亲 水碳量子点的制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳量子点是以碳为骨架结构的新型纳米材料，粒径为1-10纳米，形貌为球形 或类球形。与传统的金属半导体量子点相比，碳量子点不仅毒性小、生物相容性好， 而且其发光范围可调、双光子吸收截面大、光稳定性好、无光闪烁、易于大规模合成， 在细胞标记和生物成像方面有着极大的优势。例如文献The Journal of Physical Chemistry C，2009, 113(43)，18546-18551中报道，以蜡烛灰为原料，通过化学氧化法 得到的碳量子点应用于埃利希腹水癌细胞的培养。又如文献Chemical Communicatio ns，2012, 48(3) :407-409中报道，通过微波法制备得到钝化的碳量子点，并将其应用于结肠 癌HT29细胞标记中。
[0003] 自2004年Scrivens等人通过电弧法意外分离得到碳量子点以来，越来越多的研 究者通过不同方法制备得到碳量子点。碳量子点按其合成方式分为自上而下合成法和自下 而上合成法。自上而下法是从较大的碳骨架上剥落下碳量子点，如激光消融法、电弧放电法 等。自下而上法是直接以较小碳颗粒进行修饰、钝化，从而合成碳量子点，如水热/溶剂热 法、场辅助法等。例如申请号为CN201410375843的发明专利公开了一种氮化碳量子点的制 备方法，以三聚氰胺与氯化钠晶体为原料，按一定比例溶于去离子水中，经干燥与压片、加 热、分离、干燥得到含氮碳量子点粉末，该方法所用原料三聚氰胺再加热状态下产生硫化氢 气体，非环境友好。又如申请号为CN20130132441的发明专利公开了一种水溶性碳量子点 的制备方法，它以含醛基的糖类碳水化合物为碳源，用贵金属盐作为氧化剂和催化剂，将混 合溶液密封于水热釜中进行水热反应，所得产物通过离心分离获得碳量子点的水溶液，该 水溶液通过超滤离心管或超滤膜实现分离，收集滤过液，真空干燥得到碳量子点，但是该制 备方法中用到重金属盐，非环境友好。
[0004] 荷叶，又称莲花茎、莲茎。荷叶的表面附着无数个微米级的蜡质乳突结构。用电子 显微镜观察这些乳突时，可以看到在每个微米级乳突的表面又附着许许多多与其结构相似 的纳米级颗粒，科学家将其称为荷叶的微米一纳米双重结构。正是荷叶表面这些微小的双 重结构，便产生了水珠在叶面上滚动并带走灰尘的现象，因此荷叶的超疏水和自清洁功能 而备受青睐。
[0005] 虽然目前制备碳量子点的方法很多，但存在原料制作成本高，不可再生，设备复 杂，反应条件苛刻，粒径不均，量子产率低等弊端。因此，提供一种原料天然廉价，高量子产 率、良好稳定性、且超亲水性的碳量子点及其制备方法，该方法具有积极的现实意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种助催化聚合反应的超亲水碳量子点的制备法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008] -种助催化聚合反应的超亲水碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0009] (1)称取荷叶粉在300-400摄氏度下焙烧1-2小时，将焙烧后的黑色热解产物研磨 成黑色粉末；
[0010] (2)向步骤（1)得到的黑色粉末中加入超纯水，用快速混匀器均匀后静置，取上清 液进行微滤，滤液置于45-55摄氏度烘箱中烘干得到淡黄色粉末I ;
[0011] (3)将淡黄色粉末I重新分散于无水乙醇中，超声分散后静置30-50分钟，待上层 液澄清后微滤，滤饼于50摄氏度烘箱中烘干得到淡黄色粉末II ;
[0012] (4)将淡黄色粉末II重新分散超纯水中，超声分散，超纯水透析，在-55 - -60摄氏 度下冷冻干燥2-3小时得到淡黄色碳量子点。
[0013] 本发明所述步骤（1)焙烧时升温速度为5-10摄氏度每分钟。
[0014] 本发明所述步骤（2)微滤次数为至少四次；所述步骤（2)微滤采用孔径为22微米 的水性微孔滤膜，所述步骤（3)微滤采用孔径为0.22微米的油性微孔滤膜。
[0015] 本发明所述步骤（4)透析时间为2天，每8小时换一次水，透析袋截留分子量 500-1000。
[0016] 本发明所述步骤⑵黑色粉末与超纯水的质量比为18-22:1 ;所述步骤⑶淡 黄色粉末I与无水乙醇的质量比5-10:1，所述步骤（4)淡黄色粉末II与超纯水的质量比 15-20:1〇
[0017] 本发明还要求保护利用上述方法制备得到的助催化聚合反应的超亲水碳量子点。
[0018] 本发明还要求保护助催化聚合反应的超亲水碳量子点在ε -己内酯助催化聚合 反应中的应用。
[0019] 本发明的有益效果：本发明以荷叶粉为碳源，在空气气氛下，通过一步热解法，经 提取、纯化得到水溶性碳量子点。本发明碳量子点易分散于水、PBS溶液、生物培养基等水 溶性体系中。
[0020] 以喹啉硫酸盐水分散液（QY为54% )为参考的标准液，可根据下面的公式计算出 CDs 的 QY:
[0022] Φ和A分别表不待测试样与参比试样的焚光量子产率；I和I Γ分别表不待测 试样与参比试样的积分焚光强度；A和Ar分别表不待测试样与参比试样在相同激发波长下 的入射光的吸光度；η和分别为待测试样与参比试样的折射率。
[0023] 本发明碳量子点在超纯水中的荧光量子产率为38%，粒径均匀，稳定性良好；该 碳量子点具有优异的荧光性能，其荧光强度具有激发光波长依赖性，分别用紫外光、蓝光和 绿光激发可以呈现出蓝光、绿光和红光；本发明碳量子点具有良好的助催化聚合性能。
【附图说明】
[0024] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0025] 图1为实施例1制备的助催化聚合反应的超亲水碳量子点透射电镜图，右上图为 粒径统计图，右下为高分辨透射电镜图。
[0026] 图2为实施例1制备的助催化聚合反应的超亲水碳量子点的紫外-可见光谱和荧 光发射光谱，激发波长为310纳米。
[0027] 图3为实施例2制备的助催化聚合反应的超亲水碳量子点的傅里叶变换红外光谱 图。
[0028] 图4为实施例1制备的助催化聚合反应的超亲水碳量子点的Raman光谱图。
【具体实施方式】 [0029] 实施例1
[0030] 1、将荷叶粉于坩埚中，放入马弗炉中，在400摄氏度下焙烧1小时，升温速度为5 摄氏度每分钟，焙烧后得到黑色固体粉末。
[0031 ] 2、向上述得到的黑色粉末中加入超纯水，黑色粉末与超纯水的质量比为20:1，用 快速混匀器混合均匀，静置至上层液澄清，抽滤，抽滤时采用孔径为〇. 22微米的水性微孔 滤膜，收集滤液并反复微滤4次，滤液于50摄氏度鼓风干燥机中烘干得淡黄色粉末I。
[0032] 3、向上述制得的黄色粉末I中加入乙醇，淡黄色粉末I与乙醇的质量比为10:1， 超声分散，微滤时采用孔径为〇. 22微米的油性微孔滤膜，收集滤饼，放入50摄氏度鼓风干 燥机中烘干得淡黄色粉末II。
[0033] 4、向上述制得的黄色粉末II用超纯水重新溶解，淡黄色粉末II与超纯水的质量比 为15:1，将溶液转入透析袋中进行透析，透析时间为2天，每8小时换一次水。将透析过后 的溶液抽滤，滤液在-57摄氏度下冷冻干燥3小时得到淡黄色碳量子点。
[0034] 实施例2
[0035] 1、将荷叶粉于坩埚中，放入马弗炉中，在350摄氏度下焙烧1. 5小时，升温速度为 8摄氏度每分钟，焙烧后得到黑色固体粉末。
[0036] 2、向上述得到的黑色粉末中加入超纯水，黑色粉末与超纯水的质量比为20:1，用 快速混匀器混合均匀，静置至上层液澄清，抽滤，抽滤时采用孔径为〇. 22微米的水性微孔 滤膜，收集滤液并反复抽滤5次，滤液于50摄氏度鼓风干燥机中烘干得淡黄色粉末I。
[0037] 3、向上述制得的黄色粉末I中加入乙醇，淡黄色粉末I与乙醇的质量比为10:1， 超声分散，抽滤时采用孔径为〇. 2