一种柠檬酸为碳源的碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种柠檬酸为碳源的碳量子点及其制备方法和应用。将柠檬酸溶于聚乙二醇和去离子水中，所得混合液置于反应釜中，于180℃下，加热3h，冷却至室温，取出反应物；将己二胺溶于步骤1)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于120℃～160℃下加热11～14h，冷却至室温，取出反应物；将赖氨酸溶于步骤2)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于130℃～180℃下加热12～15h，冷却至室温，得目标产物碳量子点。本发明专利技术过程简单，具有快速、操作简便、产率高、适用范围广等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种柠檬酸为碳源的碳量子点及其制备方法和应用
本专利技术属于发光纳米材料制备
，具体是以柠檬酸作为制备碳点所用的碳源，利用溶剂热法制备水溶性的荧光碳量子点，及在快速检测六价铬离子中的应用。
技术介绍
随着近代工业的发展，自然水体和工业废水中的Cr6+已经成为环境的一大危害。Cr6+主要来源于采矿、电镀、金属表面处理、制革、印染以及铸造等行业，在不同的浓度或pH条件下，Cr6+以铬酸盐(HCrO4-/CrO42-)和重铬酸盐(Cr2O72-)的形式进入环境。研究表明，Cr6+有高于Cr3+1000倍的致癌性，并且通常具有更高的溶解性、毒性、不稳定性以及生物活性。人体很容易吸收Cr6+，它可以通过消化道、呼吸道、皮肤及粘膜等途径进入人体。当空气中含有Cr6+时，不同浓度的Cr6+会产生不同程度的嘹后和鼻粘膜萎缩，浓度高时还可导致鼻中隔穿孔和支气管扩张等。通过消化道进入人体时会引起吐逆和腹痛。通过皮肤进入人体时会产生皮炎和湿疹。若长期或短期接触或直接吸入，危害较大并有致癌危险。因此，生物体和环境中Cr6+的检测十分重要。近年来，检测Cr6+的方法主要有原子吸收-发射光谱法，分光光度法，高效液相色谱法，电化学法和荧光分析法等。荧光分析法因具有便捷，专一，灵敏和适时原位检测等优点而备受关注。最近几年，量子点的研究非常活跃，量子点一般是从铅，镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害。美国克莱蒙森大学的科学家首次制造出一种新型的碳材料-碳量子点，与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。碳纳米粒子(CarbonNanoparticles,CNPs)作为纳米家族的成员，是以碳为骨架结构，粒径在1-100nm之间，外形近似球形的纳米材料。而碳量子点(CarbonDots,CDs)的粒径通常是小于10nm的碳纳米粒子。制备碳量子点时所用到的表面处理和方法不同，导致碳纳米粒子所包含的官能团不同。由于碳点的粒径很小，因此会产生量子限域效应或尺寸效应，使其在具有荧光性质的同时，还具有生物相容性好和低毒性等特点。碳量子点与传统的半导体量子点相比，因为其光学性质好，生物毒性小和生物相容性好等优点更加适合应用于生物标记方面和成像方面。并因其具有各方面性能均优异这一明显优势，目前已经在分析检测、细胞成像和光电传感器件等领域均呈现出大范围的影响力与巨大的应用潜力。众所周知，合成碳量子点的方法有很多种，一般可分为2类：自上而下合成法和自下而上合成法，自上而下法主要是通过物理方法或化学方法从比较大的碳骨架上剥落碳纳米粒子的合成方法，通常这种方法产率非常低，反应耗时长，原材料较为昂贵，并且很难将碳骨架彻底粉碎成纳米粒子，因此限制了此种方法的进一步发展；而自下而上法重点是碳化有机碳源的分子进而形成碳量子点，此方法的缺点在于，制备碳量子点的时候有很大几率会损失掉亦会起很大作用的非碳物质导致其碳量子点的产率降低，但是自下而上法却具有原料来源广泛且价格低廉来源，并且碳量子点的合成时间较短等优点，所以此合成方法发展迅速，并且受到专家学者们的青睐。自上而下法主要包括激光消融法、电化学法等。自下而上法主要包括水热/溶剂热合成法、微波法、超声法等。
技术实现思路
为了解决六价铬离子对环境造成污染，及时就地检测六价铬离子的问题，本专利技术提供一种以柠檬酸为原料制备碳量子点及快速检测六价铬离子的新方法。本专利技术采用的技术方案是：一种柠檬酸为碳源的碳量子点，制备方法包括如下步骤：1)将柠檬酸溶于聚乙二醇和去离子水中，所得混合液置于反应釜中，于180℃下，加热3h，冷却至室温，取出反应物；2)将己二胺溶于步骤1)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于120℃～160℃下加热11～14h，冷却至室温，取出反应物；3)将赖氨酸溶于步骤2)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于130℃～180℃下加热12～15h，冷却至室温，得目标产物碳量子点。进一步的，上述的一种柠檬酸为碳源的碳量子点，步骤1)中，按体积比，聚乙二醇:去离子水1:1。进一步的，上述的一种柠檬酸为碳源的碳量子点，按质量比，柠檬酸:己二胺:赖氨酸＝1:(1-2):(0.1-0.2)；更优选的，柠檬酸:己二胺:赖氨酸＝1:1.56:0.11。上述的柠檬酸为碳源的碳量子点在特异性检测Cr6+离子中的应用。方法如下：于含有Cr6+离子的溶液中，加入上述的柠檬酸为碳源的碳量子点，测定荧光强度的变化。本专利技术的有益效果是：本专利技术，公开了一种快速检测六价铬离子的新方法。通过本专利技术的方法，可将Cr6+的检测限降低至5.2×10-8mol/L。与其它碳量子点制备及Cr6+的检测相比，本专利技术过程简单，具有快速、操作简便、产率高、适用范围广等特点。通过柠檬酸制备碳量子点的方法获取到的碳量子点具有较好的水溶性、较狭窄的尺寸布局以及荧光性质不易波动、检测限低，耗时短，选择性高以及抗干扰性强等优点，而且可以适用于任何含有Cr6+的溶液中进行检测。附图说明图1是实施例1制备的碳量子点的紫外-可见光谱图。图2是实施例1制备的碳量子点的TEM图。图3是实施例1制备的碳量子点的X射线粉末衍射图。图4是实施例1制备的碳量子点的傅里叶红外谱图。图5是实施例1制备的碳量子点的XRD图。图6a是实施例1制备的碳量子点在不同浓度Cr6+存在的条件下荧光强度影响图。图6b是实施例1制备的碳量子点对Cr6+浓度的线性关系图。图7是实施例1制备的碳量子点在有其它离子干扰下的紫外可见吸收光谱对比图。图8是实施例1制备的碳量子点的细胞毒性测试图。具体实施方式实施例1(一)一种柠檬酸为碳源的碳量子点的制备方法(1)称取540mg柠檬酸溶于25mL聚乙二醇和去离子水(体积比为1:1)的混合溶液中，然后将所得混合液加入到容量为30mL的水热反应釜中，180℃的条件下置于电热恒温鼓风干燥箱中加热反应3h，冷却至室温后，取出黄色反应液；(2)称取840mg己二胺溶于步骤(1)获得的黄色反应液中，然后再次将所得混合液加入到容量为30mL的水热反应釜中，140℃的条件下置于电热恒温鼓风干燥箱中加热反应13h，冷却至室温后，取出反应液；(3)称取58.4mg赖氨酸溶于步骤(2)获得的反应液中，然后再次将所得混合液加入到容量为30mL的水热反应釜中，160℃的条件下置于电热恒温鼓风干燥箱中加热反应14h，冷却至室温后，得到的黄色澄清液体，即为目标产物柠檬酸为碳源的碳量子点。(二)表征1、选取一定量所制备的碳量子点溶液，进行检测紫外吸收波长，结果如图1。由图1可见，在340nm处有一个明显的紫外吸收峰，这个吸收峰是由于CDs的C＝O的n-π*跃迁引起的。随后，考察了碳量子点水溶液的荧光性质。并在紫外灯365nm波长的照射下，溶液呈现出强烈的蓝色荧光。2、将得到的碳量子点进行透射扫描照射，结果如图2。由图2可以看出，本专利技术制备的碳量子点是单分散的，并且每个碳量子点均类似球形。为了得出碳量子点的粒径，通过计算200个所制备的碳量子点后得出本专利技术制备的碳量子点的粒径大约在3-8nm之间。3、将得到的碳量子点进行X射线粉末衍射检测，结果如图3。由图3可见，所制备的碳量子点在2θ＝22°时有明显的特征峰，说明碳点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柠檬酸为碳源的碳量子点，其特征在于，制备方法包括如下步骤：1)将柠檬酸溶于聚乙二醇和去离子水中，所得混合液置于反应釜中，于180℃下，加热3h，冷却至室温，取出反应物；2)将己二胺溶于步骤1)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于120℃～160℃下加热11～14h，冷却至室温，取出反应物；3)将赖氨酸溶于步骤2)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于130℃～180℃下加热12～15h，冷却至室温，得目标产物碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种柠檬酸为碳源的碳量子点，其特征在于，制备方法包括如下步骤：1)将柠檬酸溶于聚乙二醇和去离子水中，所得混合液置于反应釜中，于180℃下，加热3h，冷却至室温，取出反应物；2)将己二胺溶于步骤1)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于120℃～160℃下加热11～14h，冷却至室温，取出反应物；3)将赖氨酸溶于步骤2)所得反应物中，然后再次将所得混合液置于反应釜中，于130℃～180℃下加热12～15h，冷却至室温，得目标产物碳量子点。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋有涛，陈阳，蓝钰，王春权，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21