一种氮硫掺杂荧光碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氮硫掺杂荧光碳量子点及其制备方法和应用，属于纳米材料制备的技术领域。本发明专利技术以芋头、稀硫酸、水为原料，微波反应一段时间，自然冷却后，加水、搅拌溶解得到棕色悬浮液，过滤除去大颗粒不溶物后经过离心透析去除杂质，即得到荧光碳量子点水溶液，冷冻干燥后得到荧光碳量子点。本发明专利技术的碳源来源广泛，可大量制备，制备过程简单，制备条件要求低，所得氮硫掺杂荧光碳量子点量子产率较高，并且可应用于水体中Cr

Nitrogen sulfur doped fluorescent carbon quantum dot and preparation method and application thereof

The invention discloses a nitrogen sulfur doped fluorescent carbon quantum dot and a preparation method and an application thereof, belonging to the technical field of nanometer material preparation. The present invention with taro, dilute sulfuric acid and water as raw material, microwave reaction time, after natural cooling, adding water, stirring dissolved Brown suspension, filtering to remove large particles of insoluble after centrifugal dialysis to remove impurities, obtain fluorescent carbon quantum dots solution, and freeze-drying to obtain fluorescent carbon quantum dots. The carbon source of the invention has a wide range of sources and can be prepared in large amount. The preparation process is simple, the preparation conditions are low, and the quantum yield of the nitrogen and sulfur doped fluorescent carbon quantum dots is higher, and can be applied to Cr in water bodies

【技术实现步骤摘要】
一种氮硫掺杂荧光碳量子点及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种氮硫掺杂荧光碳量子点及其制备方法和应用，属于纳米材料制备的

技术介绍
碳点(CarbonDots，CDs)，是近几年来出现的一种新型荧光碳纳米粒子。2004年，Xu(JAm.Chem.Soc，2004，126：12736)等在净化用电弧放电产生的烟灰制备单壁碳纳米管时首次发现了在紫外灯照射下发出荧光的物质，经过进一步电泳分离得到分子量不同的三组荧光碳纳米粒子。传统的半导体量子点由于自身存在的毒性问题以及光闪烁现象等缺陷，以及由此带来的人体健康和对环境潜在的危害等影响制约了其的广泛的应用。荧光碳点具有良好的荧光稳定性、无光闪烁现象、优良的水溶性和生物相容性、低毒性、激发波长和发射波长可调控，且具有荧光上转换等一系列优异的性能，使得荧光碳点取代量子点在生物医学上的地位成为可能。碳点的合成方法主要有电化学制备法，强酸氧化法，激光辅助制备法，电弧放电法，超声法，然而由于上述这些制备方法工艺步骤繁琐，原料成本较高等因素，导致荧光碳点的合成难以实现规模化生产。因此，探索一种原料设备简单、环境友好的制备方法，对碳点的研究而言无疑具有重大意义。目前，利用绿色原料来合成碳点是当前研究的热点，最近报道的关于绿色合成碳量子点的文献有：VaibhavkumarNM,SanjayJ,HirakenduB,RakeshKS,SureshKK.SensorsandActuatorsB.2015,213,434–443(苹果汁的水热处理)；RuanSB,ZhuBY,ZhangHJ,ChenJT,ShenS,QianJ,HeQ,GaoHL.JournalofColloidandInterfaceScience.2014,422,25–29(水热蜘蛛网)；WeiJM,ZhangX,ShengYZ,ShenJM,HuangP,GuoSK,PanJQ,FengBX.MaterialsLetters.2014,123,107–111(玉米粉的水热处理)。目前大多数方法都侧重于水热处理，虽然这些方法中的原材料廉价易得，但是耗时长，并且所得的碳量子点的量子产率也较低。因此，本领域的技术人员致力于开发一种原料来源广泛、制备过程简单的方法，从而规模化制备高量子产率的碳量子点，从而更有利于碳量子点的分析检测应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高量子产率的氮硫掺杂荧光碳量子点的制备方法，本专利技术方法操作简单、设备简易、原料低廉，所得碳量子点可用于重金属离子检测。所述氮硫掺杂荧光碳量子点的制备方法包括以下步骤：(1)称取一定量的粉碎的芋头和稀硫酸加入适量去离子水中，芋头、稀硫酸和去离子水的质量比为0.4-3︰4.0-40︰3.0-35；(2)将混合物进行微波反应10-17min，取出待其自然冷却后，加入初始混合物体积1.5-2倍的去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；(3)所得棕色悬浮液经过过滤，离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；(4)将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到碳量子点固体粉末。在本专利技术的一种实施方式中，所述稀硫酸是质量分数为8％的溶液。在本专利技术的一种实施方式中，芋头、稀硫酸和去离子水的质量比为(1-3)︰(10-25)︰(10-30)。在本专利技术的一种实施方式中，芋头、稀硫酸和去离子水的质量比为2.5︰25︰25。本专利技术方法所制得的高荧光量子产率的碳量子点在水溶液中具有良好的溶解度和分散性，并且是粒径小于5nm的纳米颗粒。所得碳量子点可作为荧光探针在水体中检测Cr3+，最低检出限可达2.4nmol/L，检出线性范围0.05-80μmol/L。此外，本专利技术采用的原料来源广泛，价格便宜，生产设备仅需微波炉，操作方便，并且反应快速，只需几分钟。附图说明图1是本专利技术的一种实施方式中的碳量子点的紫外可见吸收光谱图；图2是本专利技术的一种实施方式制备的碳量子点的荧光光谱图；图3是本专利技术的一种实施方式制备的碳量子点的透射电镜图；图4是实施例3制备的碳量子点检测铬离子的选择性图谱。具体实施方式荧光碳量子点的检测与相对量子产率的计算方法：在测量中，采用硫酸奎宁作为参照标准(其量子产率为54％)。首先，分别检测荧光碳点水溶液和硫酸奎宁水溶液在相同激发波长下的吸光度。然后，分别检测此激发光波长下所得到的二者的荧光发射峰，并积分得到荧光峰面积。再按照以下公式计算相对量子产率：(样品)和(参比物质)分别是待测物质和参比物质硫酸奎宁的量子产率，其中为0.54；Are/Ax是二者激发波长下吸光度的比值；Ix/Ire是二者荧光发射峰面积的比值；nx/nre是二者的溶剂的折射率。其中“x”指样品；“re”指参比物。实施例1步骤1，称量1g芋头于微波炉中，随后加入10g8％稀硫酸和10mL去离子水，充分搅拌；步骤2，将混合物在800w功率下进行微波反应15min，取出待其自然冷却后，向其中加入35mL去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；步骤3，所得棕色悬浮液经过过滤去除大颗粒不溶物，然后离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；步骤4，将上述荧光碳量子点水溶液-50℃下冷冻干燥后得到荧光碳量子点，其相对量子产率(以硫酸奎宁为标准)为25.2％。实施例2步骤1，称量2g芋头于微波炉中，随后加入20g8％稀硫酸和25mL去离子水，充分搅拌；步骤2，将混合物在800w功率下进行微波反应17min，取出待其自然冷却后，向其中加入68mL去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；步骤3，所得棕色悬浮液经过去除悬浮物，然后离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；步骤4，将上述荧光碳量子点水溶液-50℃下冷冻干燥后得到荧光碳量子点，其相对量子产率(以硫酸奎宁为标准)为35.4％。实施例3步骤1，称量2.5g芋头于微波炉中，随后加入25g8％稀硫酸和25mL去离子水，充分搅拌；步骤2，将混合物在800w功率下进行微波反应16min，取出待其自然冷却后，向其中加入85mL去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；步骤3，所得棕色悬浮液经过去除悬浮物，然后离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；步骤4，将上述荧光碳量子点水溶液-50℃下冷冻干燥后得到荧光碳量子点，其相对量子产率(以硫酸奎宁为标准)为45.6％。实施例4步骤1，称量3.0g芋头于微波炉中，随后加入20g8％稀硫酸和30mL去离子水，充分搅拌；步骤2，将混合物在800w功率下进行微波反应15min，取出待其自然冷却后，向其中加入90mL去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；步骤3，所得棕色悬浮液经过去除悬浮物，然后离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；步骤4，将上述荧光碳量子点水溶液-50℃下冷冻干燥后得到荧光碳量子点，其相对量子产率(以硫酸奎宁为标准)为38.3％。实施例5取实施例3制备的荧光碳量子点水溶液(10mg/mL)1.5mL置于5mL离心管中，分别加入0.5mLHgCl2，SrCl2.6H2O，BaCl2.2H2O，CuCl2，Pb(NO3)2，FeCl3.6H2O，FeSO4.7H2O，CaCl2，ZnSO4.7H2O，MgCl2.6H2O，AgN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氮硫掺杂荧光碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取一定量的粉碎的芋头和稀硫酸加入去离子水中，芋头、稀硫酸和去离子水的质量比为(0.4‑3)︰(4.0‑40)︰(3.0‑35)；(2)将步骤(1)所得混合物在800w微波条件下处理10‑17min，取出待其自然冷却后，加入微波处理前的混合物的体积1.5‑2倍的去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；(3)所得棕色悬浮液经过过滤去除悬浮物，离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；(4)将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到碳量子点固体粉末。

【技术特征摘要】
1.一种制备氮硫掺杂荧光碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取一定量的粉碎的芋头和稀硫酸加入去离子水中，芋头、稀硫酸和去离子水的质量比为(0.4-3)︰(4.0-40)︰(3.0-35)；(2)将步骤(1)所得混合物在800w微波条件下处理10-17min，取出待其自然冷却后，加入微波处理前的混合物的体积1.5-2倍的去离子水，搅拌溶解得到棕色悬浮液；(3)所得棕色悬浮液经过过滤去除悬浮物，离心并用1000Da的透析袋透析72h得到纯净的碳量子点水溶液；(4)将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾丹，商少明，刘浩，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32