一种制备绿色荧光碳量子点的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备绿色荧光碳量子点的方法，其具体步骤如下：将碳源、氮源、置于烧杯中中，搅拌均匀，将液体倒入装有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将其置于烘箱中，升温后恒温反应一定时间；反应结束后过滤，之后进行冷冻干燥，最后可得到发射绿色荧光的碳量子点粉末。本发明专利技术不使用溶剂，对环境友好，简便易行，便于实现大规模生产的特点，所制备的碳量子点能够稳定的发射出绿色荧光，且量子产率大于25％。

A method for preparing green fluorescent carbon quantum dots

The invention relates to a method for preparing green fluorescent carbon quantum dots. The specific steps are as follows: putting carbon source, nitrogen source in a beaker, stirring evenly, pouring liquid into a high-pressure reactor lined with polytetrafluoroethylene, putting it in a oven, and filtering after the reaction is over at constant temperature for a certain time. After the freeze-drying, the carbon green dots with green fluorescence can be finally obtained. The invention does not use solvent, is environmentally friendly, is simple and feasible, and is convenient for large-scale production. The prepared carbon quantum dots can emit green fluorescence stably, and the quantum yield is greater than 25%.

【技术实现步骤摘要】
一种制备绿色荧光碳量子点的方法
本专利技术涉及一种荧光碳纳米材料的制备方法，尤其涉及一种绿色荧光碳量子点的制备方法。
技术介绍
碳量子点是进入21世纪之后才出现的一类新型发光材料，与目前广泛研究的其他发光材料，例如量子点相比，发光碳点具有不含有毒重金属元素，良好的生物兼容性，对环境友好的特点，因此自发现之日起，就受到极大地的关注。碳量子点是一种近似球形的碳纳米粒子，直径一般在1-10nm之间。目前，碳量子点的制备方法主要可分为“自上而下”和“自下而上”两大类。“自上而下”的方法指的是通过氧化等手段将石墨、碳纤维等以碳为主体的材料转化为纳米级的发光碳颗粒；“自下而上”的方法指的是以有机小分子为初始反应物，来制备碳量子点的方法。目前，大多数碳量子量点在紫外光照射下只能发射出蓝色荧光，虽然绿色荧光碳点已有报道，如Zheng[1]等通过氯化十六烷吡啶合成了量子产率为16.7％的绿色荧光碳量子点，缺点是需要在NaOH的存在下才能实现绿光发射，且氯化十六烷吡啶为高毒试剂；Gong[2]等以葡萄糖、乙二胺、浓磷酸为原料制备得到了量子产率为9.6％的绿色荧光碳量子点。这些绿色荧光碳量子产率普遍较低，一般都没有超过20％，因此，制备较高量子产率的绿色荧光碳量子点仍是一个挑战。[1]ZhengB.,LiuT.,PaauM.C.,etal.Onepotselectivesynthesisofwaterandorganicsolublecarbondotswithgreenfluorescenceemission[J].RscAdvances,2015,5(15):11667-11675.[2]GongX.,ZhangQ.,GaoY.,etal.PhosphorusandNitrogenDual-DopedHollowCarbonDotasaNanocarrierforDoxorubicinDeliveryandBiologicalImaging[J].ACSApplMaterInterfaces,2016,8(18):11288-11297.
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种快速简便，适合大规模生产较高量子产率的绿色荧光碳量子点的制备方法，此碳量子点具有较强的绿色荧光和较高的荧光量子产率，最高达47.3％，且稳定性好。本专利技术的技术方案为：一种制备绿色荧光碳量子点的方法，其具体步骤如下：a.将碳源、氮源置于玻璃容器中，搅拌均匀；b.将液体倒入装有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将其置于烘箱中，升温后恒温反应一定时间；c.反应结束后停止加热，冷却；d.将取出的液体进行过滤，冷冻干燥，即得绿色荧光碳量子点。优选步骤a中所述的碳源为邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、苯甲酸酯、呋喃甲酸酯、噻吩甲酸酯或均苯四羧酸酯。其中每一种有机酸酯包括甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、异丙酯。例如：邻苯二甲酸酯包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丙酯。优选氮源为乙二胺、乙胺、丙胺、丁二胺、正己胺、正辛胺、邻苯二胺、对苯二胺或苯胺。优选步骤a中碳源与氮源的质量比为10：(5-40)。优选步骤b中恒温反应温度为：140℃～200℃；恒温反应时间为：180～600分钟。优选本专利技术所制备的黄色荧光碳量子点的荧光发射主峰在500～530nm，量子产率在25～45％之间。有益效果：1本专利技术简单易行，原料价格低廉，不需要使用溶剂。2本专利技术整个制备过程对环境友好。3本专利技术制备的绿色荧光碳量子点性能稳定，且量子产率较高。附图说明图1为制备的碳量子点样品的紫外可见吸收光谱图照片；图2为制备的碳量子点样品的荧光发射光谱(激发波长：400nm)；图3为制备的碳量子点样品的荧光寿命谱图；图4为制备的碳量子点样品的XRD谱图；图5为制备的碳量子点样品的TEM图；图6为制备的碳量子点样品的红外光谱图；图7为制备的新鲜碳量子和半年后碳量子点的荧光发射光谱图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本专利技术而非限制本专利技术保护的范围。实施例1碳量子点的制备取6.8g柠檬酸三乙酯，3.6g乙二胺，放于烧杯，搅拌均匀。搅拌10min后置于聚四氟乙烯内衬中，放入烘箱中，加热温度150℃，加热时间5h。将取出的液体冷冻，干燥，即得绿色荧光碳量子点。反应结束后用超纯水稀释，测试其经吸收光谱主峰在380nm(如图1所示)，测试其经荧光光谱主峰在510nm(如图2所示)，通过荧光光谱仪测试其荧光寿命，可以计算出其荧光寿命为14.00ns(如图3所示)。通过积分球测试绝对量子产率为43.7％。经X射线衍射仪测定，其谱图(如图4所示)显示出在2θ＝20°处有一个很宽的(002)峰，证明了绿光碳量子点的无定型结构。碳量子点表面含有丰富官能团，如图6所示，具有良好水溶性。通过拍摄透射电子显微镜，如图5所示，得到碳量子点的平均直径为3.9nm。将得到的绿光碳量子点放置6个月(如图7所示)，其荧光变化很小，证明其有很好的稳定性。实施例2碳量子点的制备取3g邻苯二甲酸二甲酯，11.4g对苯二胺，放于烧杯，搅拌均匀。搅拌10min后置于聚四氟乙烯内衬中，放入烘箱中，加热温度160℃，加热时间8h。将取出的液体冷冻，干燥，即得绿色荧光碳量子点。测试其经吸收光谱主峰在385nm，测试其经荧光光谱主峰在518nm。荧光光谱仪测试其荧光寿命，可以计算出其荧光寿命为12.00ns。通过积分球测试绝对量子产率为40.8％。经X射线衍射仪测定，其谱图显示出在2θ＝20°处有一个很宽的(002)峰，证明了黄光碳量子点的无定型结构。由红外图谱可得碳量子点表面含有丰富官能团，使其具有良好水溶性。通过透射电子显微镜可以看出，碳量子点的尺寸均一，并且分散较好。根据其尺寸分布图，我们得到碳量子点的平均直径为3.7nm。将得到的绿光碳量子点经紫外光照射6个月，其荧光变化很小，证明其有很好的稳定性。实施例3碳量子点的制备取4.5g邻苯二甲酸二乙酯，13.5g丁二胺，放于烧杯，搅拌均匀。搅拌10min后置于聚四氟乙烯内衬中，放入烘箱中，加热温度200℃，加热时间10h。将取出的液体冷冻，干燥，即得绿色荧光碳量子点。测试其经吸收光谱主峰在405nm，测试其经荧光光谱主峰在530nm。荧光光谱仪测试其荧光寿命，可以计算出其荧光寿命为13.00ns。通过积分球测试绝对量子产率为28.6％。经X射线衍射仪测定，其谱图显示出在2θ＝20°处有一个很宽的(002)峰，证明了绿光碳量子点的无定型结构。由红外图谱可得碳量子点表面含有丰富官能团，使其具有良好水溶性。通过透射电子显微镜可以看出，碳量子点的尺寸均一，并且分散较好。根据其尺寸分布图，我们得到碳量子点的平均直径为2.9nm。将得到的绿光碳量子点经紫外光照射6个月，其荧光变化很小，证明其有很好的稳定性。实施例4碳量子点的制备取3.2g苯甲酸甲酯，10.9g邻苯二胺，放于烧杯，搅拌均匀。搅拌10min后置于聚四氟乙烯内衬中，放入烘箱中，加热温度190℃，加热时间8h。将取出的液体冷冻，干燥，即得绿色荧光碳量子点。测试其经吸收光谱主峰在393nm，测试其经荧光光谱主峰在525nm。荧光光谱仪测试其荧光寿命，可以计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备绿色荧光碳量子点的方法，其具体步骤如下：a.将碳源、氮源置于玻璃容器中，搅拌均匀；b.将液体倒入装有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将其置于烘箱中，升温后恒温反应一定时间；c.反应结束后停止加热，冷却；d.将取出的液体进行过滤，冷冻干燥，即得绿色荧光碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种制备绿色荧光碳量子点的方法，其具体步骤如下：a.将碳源、氮源置于玻璃容器中，搅拌均匀；b.将液体倒入装有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将其置于烘箱中，升温后恒温反应一定时间；c.反应结束后停止加热，冷却；d.将取出的液体进行过滤，冷冻干燥，即得绿色荧光碳量子点。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中所述的碳源为邻苯二甲酸酯、柠檬酸酯、苯甲酸酯、呋喃甲酸酯、噻吩甲酸酯或均苯四羧酸酯。3.如权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢都友，韩会凯，黄金城，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32