一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于荧光纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种一步法绿色合成掺氮荧 光碳纳米点的方法。
【背景技术】
[0002] 荧光碳纳米点是继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后出现的一种新型碳纳米材料。 2004年，Xu等在净化用电弧放电产生烟灰制备单壁碳纳米管时首次意外发现球状荧光碳 纳米颗粒，2006年，Sun等通过热压石墨粉和粘合剂的混合物制备碳祀时首次称其为碳纳 米点，碳纳米点一经发现便引起了人们极大的关注。这种碳纳米材料不仅具有小尺寸特性 (尺寸小于l〇nm)和特征性的荧光激发依赖性(在一定范围内，其发射波长随着激发波长的 红移而红移)，而且碳纳米点是优良的电子给体，具有光诱导电子转移特性、上转换特性和 固有的化学惰性。碳纳米点的表面往往带有羧基等基团，易于实现表面功能化修饰的同时 具有良好的水溶性和绝佳的环保性。与传统的半导体量子点及有机染料相比，碳纳米点毒 性小、生物相容性好、荧光性能稳定且可反复经受多次激发光的照射，这些特点使其在生化 传感器、成像分析、环境监测、药物载体及光电设备等领域具有广阔的应用前景。
[0003] 近年来，合成荧光碳纳米点的方法有多种，但总体上可分为自上而下和自下而上 两类。其中自上而下类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，该类方法往往需要严格的实验条件或特殊的能源，条件难以控制，成本 较高，而且产率极低；自下而上类方法是通过化学氧化、模板制备、微波处理和有机碳化等 手段直接以较小的碳颗粒进行修饰、钝化从而合成荧光碳纳米点，与自上而下类合成荧光 碳纳米点的方法相比，自下而上类方法所合成的荧光碳纳米点的荧光强度一般较高，因此 受到了研发人员的广泛关注。另外，不同的碳源采用相同的合成方法所得到的碳纳米点会 具有不同的荧光特性和功能。目前，荧光碳纳米点的合成方法大多由于量子产率低而限制 了其工业化生产和在各领域的广泛应用，因此有必要设计一种工艺简单环保、成本低廉、荧 光量子产率高且具有新的荧光特性和功能的荧光碳纳米点的制备方法。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且经济环保的一步法绿色合成掺 氮荧光碳纳米点的方法。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米 点的方法，其特征在于具体步骤为：将马来酸溶于蒸馏水中并加入乙二胺、三羟甲基氨基 甲烷或三聚氰胺，超声使其溶解均匀得到无色透明溶液；然后将无色透明溶液转移至水热 反应釜中于170-200°C加热12-18小时，自然冷却至室温后得到棕褐色溶液，再用孔径为 〇. 1 um的滤膜抽滤，得到掺氮荧光碳纳米点溶液。
[0006] 进一步优选，本发明所述的一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法，将马来酸 溶于蒸馏水中并加入乙二胺，超声使其溶解均匀得到无色透明溶液，其中马来酸与乙二胺 的质量比为21:10-23:10 ;然后将无色透明溶液转移至水热反应釜中于190°C加热15小时， 自然冷却至室温后得到棕褐色溶液，再用孔径为0. 1 um的滤膜抽滤，得到掺氮荧光碳纳米 点溶液。
[0007] 本发明以廉价的马来酸为碳源和水为溶剂，不需要前处理和多步纯化等操作，一 步水热合成高荧光强度的掺氮荧光碳纳米点，荧光量子产率较高，在最优条件下可达到 33. 46%，且此掺氮荧光碳纳米点具有很好的稳定性，常温下放置半年不会变质。另外，本发 明操作简单，合成条件温和，原料用量少，综合成本较低且绿色环保易于大规模生产。
【附图说明】
[0008] 图1-4是本发明实施例3制得的掺氮荧光碳纳米点的X射线光电子能谱，图5是 本发明实施例3制得的掺氮荧光碳纳米点的傅里叶变换红外光谱。
【具体实施方式】
[0009] 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。
[0010] 本发明所述的以马来酸和乙二胺为原料合成掺氮荧光碳纳米点的制备方法中的 反应方程式如下：
【主权项】
1. 一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法，其特征在于具体步骤为：将马来酸溶于 蒸馏水中并加入乙二胺、三羟甲基氨基甲烷或三聚氰胺，超声使其溶解均匀得到无色透明 溶液；然后将无色透明溶液转移至水热反应釜中于170-200°C加热12-18小时，自然冷却至 室温后得到棕褐色溶液，再用孔径为0.IUm的滤膜抽滤，得到掺氮荧光碳纳米点溶液。
2. 根据权利要求1所述的一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法，其特征在于：将 马来酸溶于蒸馏水中并加入乙二胺，超声使其溶解均匀得到无色透明溶液，其中马来酸与 乙二胺的质量比为21:10-23:10 ;然后将无色透明溶液转移至水热反应釜中于190°C加热 15小时，自然冷却至室温后得到棕褐色溶液，再用孔径为0.Iym的滤膜抽滤，得到掺氮荧 光碳纳米点溶液。
【专利摘要】本发明公开了一种一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法，属于荧光碳纳米材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：一步法绿色合成掺氮荧光碳纳米点的方法，具体步骤为：将马来酸溶于蒸馏水中并加入乙二胺、三羟甲基氨基甲烷或三聚氰胺，超声使其溶解均匀得到无色透明溶液；然后将无色透明溶液转移至水热反应釜中于170-200℃加热12-18小时，自然冷却至室温后得到棕褐色溶液，再用孔径为0.1μm的滤膜抽滤，得到掺氮荧光碳纳米点溶液。本发明操作简单，合成条件温和，原料用量少，综合成本较低且绿色环保易于大规模生产。
【IPC分类】B82Y40-00, C09K11-65, B82Y20-00
【公开号】CN104789216
【申请号】CN201510147567
【发明人】冯素玲, 原焕, 过治军, 段俊霞, 庞胜彬
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月1日