一种由碳水化合物制备发光碳点的方法
【专利摘要】本发明涉及一种由碳水化合物制备发光碳点的方法，本发明制备的碳水化合物基碳点可用于生物成像技术和分析测定金属离子的含量等。本发明提供的一种由碳水化合物制备发光碳点的方法是：将不同摩尔比的碳水化合物与带有氨基的修饰剂混合，利用水热法，反应一定的时间后，过滤，调节pH至中性，透析提纯，除去多余的盐分，得到碳水化合物基发光碳点。采用本发明的方法制备发光碳量子点，使用碳水化合物为原料，原料易得，成本低，所得碳点量子产率高，制备工艺设备简易，在一般化学实验室均能完成，易于推广。
【专利说明】一种由碳水化合物制备发光碳点的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由碳水化合物制备发光碳点的方法，属于纳米材料以及荧光碳材料的制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]碳量子点是继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后的又一新型的碳纳米材料，它是尺寸一般小于IOnm并具有良好分散性的球形荧光碳纳米颗粒。近年来，荧光碳纳米粒子在纳米生物和催化领域具有巨大的潜在应用价值，相比于传统的量子点和有机染料，碳纳米粒子在化学惰性、稳定性、低毒性以及易于改性等方面表现出了巨大的优势。目前制备碳量子点的方法有多种，但总体上可分为从上至下和从下至上两类。从上至下方法是利用电弧放电、激光以及电化学等手段直接从大块的碳材料或碳纳米管中获得，该类方法往往需要苛刻的实验条件或特殊的能源，成本高，而且获得碳量子点的产率较低；从下至上的方法是通过化学氧化、微波处理、有机炭化等手段从有机物中获得细小而分散的碳量子点，但是由于该类方法选用的原料都是不可再生能源且需要严格的后处理工艺，所以也不利于持续并规模生产碳量子点。因此，有必要开发原料价格低廉，能高产量制备发光碳点的方法。
[0003]碳水化合物是自然界存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物。现有的技术中，涉及使用碳水化合物作原料，制备碳点的工作主要是通过超声或微波协助、用碱或者酸来处理碳水化合物制备成发光碳点(Li, et.al.Carbon., 2011,49,605-609 ；ffang, et.al.J.Mater.Chem.，2011，21，2445 ；)。有关使用碳水化合物，在水热方法中一步钝化制得高量子产率荧光碳点的报道还未看到。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种由碳水化合物制备发光碳点的方法。本发明提供的方法为:将不同摩尔比的碳水化合物与带有氨基的修饰剂混合，利用水热法，反应一定的时间后，过滤，调节PH至中性，透析提纯，除去多余的盐分，得到碳水化合物基发光碳点。采用本发明的方法制备发光碳量子点，使用碳水化合物为原料，原料易得，成本低，所得碳点量子产率高，制备工艺设备简易，在一般化学实验室均能完成，易于推广。
[0005]本发明解决所述一种由碳水化合物制备发光碳点的方法技术问题的技术方案是，将1: 0.1~5摩尔比的碳水化合物与带有氨基的修饰剂混合，用水热法，在140~280°C下反应I~36小时后，冷却至室温，过滤，调节PH值为中性，透析提纯，除去多余的盐分，即可得到碳水化合物基发光碳点。
[0006]与现有技术的葡萄糖基发光碳点的制备方法相比，本发明提供的水热法一步钝化的制备方法。主要点是控制好碳水化合物与带有氨基的修饰剂的比例、反应温度和反应时间，便可制备出发光强度大、量子产率高的荧光碳点。
【具体实施方式】[0007]下面结合实施例进一步叙述本发明。具体实施例不限制本发明的权利要求。
[0008]本发明所述由碳水化合物制备发光碳点的方法技术方案是，使用碳水化合物作原料，用水热法，通过碳水化合物与带有氨基的修饰剂之间脱水、聚合以及碳化作用，制得发光强度大、具有高量子产率的发光碳点。具体工艺是:把碳水化合物葡萄糖与带有氨基的修饰剂乙醇胺按照摩尔比摩尔比为1: 0.5~2的比例混合，利用水热法，保持温度在160~240°C，反应5~12小时后，冷却至室温，真空抽滤，调节PH值为中性，透析提纯，除去多余的盐分，即可得到碳水化合物基发光碳点。
[0009]本发明由于采用了水热法一步钝化碳水化合物制得高量子产率的发光碳点的方法，在 申请人:检索的范围内，未见有使用该方法制备发光碳点的文献报道。又由于本发明所述的发光碳点采用了市场上易于得到并且价格比较低廉的碳水化合物为合成原料，具有成本低、易于工业化和实际应用的优势。
[0010]本发明未述及之处适用于现有技术
[0011]实施例1
[0012]称取0.2g大米和0.5g乙醇胺，加入IOmL蒸馏水，稍加搅拌后，倒入外套为不锈钢内衬聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后放入200°C的烘箱内反应5h。冷却到室温后，打开反应釜，倒出黑色的溶液。将得到的溶液进行真空抽滤，得到棕黑色滤液。将滤液用稀盐酸调PH值为6，放入透析袋中进行透析提纯。将透析袋中液体用超滤膜过滤，将溶液蒸发后的干燥得碳纳米粒子，然后将其溶于去离子水中得到发光的碳纳米粒子水溶液。透射电镜分析，制备的碳点近似球形，分散性较好，碳点的直径约为7~9nm。
[0013]实施例2:
[0014]将葡萄糖与乙醇胺均配成0.5mol/L的水溶液，按摩尔比为1: 1.2的葡萄糖与乙醇胺混合溶液Ilml倒入外套为不锈钢内衬聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后放入180°C的烘箱内反应14h。冷却到室温后，打开反应釜，倒出黑色的溶液。将得到的溶液进行真空抽滤，得到棕黑色滤液。将滤液用稀盐酸将PH值调整为6，放入透析袋中进行透析提纯。将透析袋中液体用超滤膜过滤，得到发光的碳纳米粒子水溶液。经荧光光谱的测试，在310-510nm波长范围存在宽的激发，在445-579nm波长范围有荧光发射，在390nm激发波长时，发射峰值在469nm为最强峰。量子产率为22.98%。
[0015]实施例3
[0016]将葡萄糖与乙二胺均配成0.5mol/L的水溶液，将摩尔比为1:1的葡萄糖与乙二胺混合溶液14mL倒入外套为不锈钢内衬聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后放入200°C的烘箱内反应8h。冷却到室温后，打开反应釜，倒出黑色的溶液。将得到的溶液进行真空抽滤，得到棕黑色滤液。将滤液用稀盐酸将PH值调整为7，放入透析袋中进行透析提纯。将透析袋中液体用超滤膜过滤，将溶液蒸发后的干燥的碳纳米粒子，然后将其溶于去离子水中得到碳纳米粒子水溶液。经荧光光谱的测试，在330-450nm波长范围存在宽的激发，在440-535nm波长范围有荧光发射，在370nm激发波长时，发射峰值在456nm为最强峰。量子产率为17.87%。
【权利要求】
1.一种由碳水化合物制备发光碳点的方法，其特征在于本发明提供的方法为:将I: 0.1~5摩尔比的碳水化合物与带有氨基的修饰剂混合，用水热法，在140~280°C下反应I~36小时后，冷却至室温，过滤，调节PH值为中性，透析提纯，除去多余的盐分，即可得到碳水化合物基发光碳点。
2.根据权利要求1所述的一种由碳水化合物制备发光碳点的方法，其特征在于所述的过程中带氨基的修饰剂为乙醇胺、乙二胺、三羟甲基氨基甲烷、络氨酸、精氨酸、尿素等，碳水化合物为葡萄糖、蔗糖、果糖、大米、淀粉、纤维素及其水解物或他们一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种由碳水化合物制备发光碳点的方法，其特征在于所述的得到碳水化合物基发光碳点的反应温度较合适的温度为160~240°C，最合适的温度为200℃。
4.根据权利要求1所述的由一种碳水化合物制备发光碳点的方法，其特征在于所述的碳水化合物与带有氨基的修饰剂较合适的摩尔比为1: 0.5~2，最合适的摩尔比为I: 0.8 ~1.2。
5.根据权利要求1所述的由一种碳水化合物制备发光碳点的方，其特征在于所述的较合适的水热反应时间为6~24小时,最合适的时间为10~12小时。
【文档编号】C09K11/65GK103832993SQ201210479273
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】郭明林, 殷雪雁 申请人:天津工业大学