一种氮化碳量子点的制备方法技术

一种氮化碳量子点的制备方法，包括以下步骤：（1）备料；（2）干燥与压片；（3）加热；（4）分离；（5）干燥。本发明专利技术所使用的模板是氯化钠晶体，制备工艺简单，成本低，可以很容易地用水溶解去除；采用三聚氰胺作为原料，三聚氰胺分子本身就有环状氮化碳基本结构单元存在，制备量子点产率高，产品尺寸均一性好；制备的量子点比表面积高，水溶性好，分散性好，具有祼眼可见的强荧光辐射，在荧光探测、发光器件、生物标记等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括以下步骤：（1）备料；（2）干燥与压片；（3）加热；（4）分离；（5）干燥。本专利技术所使用的模板是氯化钠晶体，制备工艺简单，成本低，可以很容易地用水溶解去除；采用三聚氰胺作为原料，三聚氰胺分子本身就有环状氮化碳基本结构单元存在，制备量子点产率高，产品尺寸均一性好；制备的量子点比表面积高，水溶性好，分散性好，具有祼眼可见的强荧光辐射，在荧光探测、发光器件、生物标记等领域具有广泛的应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及，特别涉及一种制备石墨相氮化碳 (g_C3N4)量子点的方法，属材料制备领域。
技术介绍
氮化碳由碳和氮两种元素组成，储量丰富，来源广泛，合成方法简便，经济性好且 易于获得。石墨相氮化碳（g_C 3N4)属于窄带隙半导体，其带隙宽度约为2.7 eV，无毒，不含 金属。同时，g-C3N4还具有良好的机械性能、热稳定性、耐酸碱腐蚀性(在pH从0到14的水 溶液中均具有较好的稳定性）以及氧化能力强和电子迁移速率高等优点。基于上述优点， g_C3N4是一种新型的可见光催化剂，可以应用在光催化、电催化、有机加氧脱氢等反应中，同 时在其他领域，如能量转换、气体的储存和捕获、水中污染物的净化、太阳能电池等方面也 应用良好。 氮化碳常用的制备方法主要有高压热解法、气相沉积法、离子注入法、水热或溶剂 热合成法和电化学沉积技术等。近来，一种直接加热缩聚合单氰胺、二聚氰胺和三聚氰胺等 有机物前驱体的方法，成为近年来应用的比较多的制备g_C 3N4晶体的方法。但是这种方法 制备的块体材料比表面积往往小于10 m2/g，实际应用范围有限。 为此，通常考虑向体相氮化碳中引入孔径可调的孔结构，或改变氮化碳的纳米粒 径及形貌来增加其比表面积。2005 年，Vinu 等（"Preparation and characterization of well-ordered hexagonal mesoporous carbon nitride" Adv Mater, 2005,17 :1648)以介 孔氧化硅SBA-15为硬模板，制备出具有有序介孔结构的氮化碳MCN-1，但多孔g-C3N 4合成 后，需要去除硬模板，往往需要使用剧毒的HF或NH4HF2，对人体的伤害较大。除了多孔结构 夕卜，还可利用空间限域法、合成打碎法、热剥离法、溶剂剥离法等制备得到一系列不同形貌 的氮化碳量子点、纳米线、纳米管、纳米带、纳米棒、纳米颗粒、纳米球、纳米簇(参见"高比表 面积石墨化氮化碳的制备及应用"，石油学报，2014, 30 :158)。 量子点在三个方向均受到限域效应的影响，直径一般小于10nm，由于电子和空穴 被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。基 于量子效应，量子点在太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。 在氮化碳量子点方面，Liu 等人（"Preparation of photoluminescent carbon nitride dots from CC14 and 1,2-ethylenediamine ：A heat-treatment-based strategy"J Mater Chem，2011，21 :11726)利用 CC14 和乙二胺为原料，通过 混合热处理得到了具有焚光特性的氮化碳量子点；Liu等人("Acid-driven， microwave-assisted production of photoluminescent carbon nitride dots from N，N-dimethylformamide" RSC Adv，2011，1 :951)利用 N，N-二甲基甲酉先胺为前驱体，通过 酸性条件下的微波处理，得到了具有较强荧光特性的氮化碳量子点；Liu等人("A general strategy for the production of photoluminescent carbon nitride dots from organic amines and their application as novel peroxide-like catalysts for colorimetric detection of H202 and glucose" RSC Adv，2012,2 :411)利用有机胺为前 驱体制备了氮化碳量子点，并探索了催化探测的用途；Xiao等人("Microwave-assisted one-step green synthesis of amino-functionalized fluorescent carbon nitride dots from chitosan"Luminescence，2013,28: 612)从壳聚糖出发，利用微波处理技 术得到了氨基功能化的氮化碳量子点；Zhou等人（"A low-temperature solid-phase method to synthesize highly fluorescent carbon nitride dots with tunable emission" Chem Commun，2013,49: 8605)利用尿素和朽1檬酸钠在较低的温度下制备了氮 化碳量子点，发现其突光可以调控；Tang等人（"Carbon nitride quantum dots: a novel chemiluminescence system for selective detection of free chlorine in water" Anal Chem，2014,86: 4528)利用盐酸胍和EDTA为前驱体制备了氮化碳量子点，发现可以用 以探测水中的自由氯；Zhang等人（"Polymer nanodots of graphitic carbon nitride as effective fluorescent probes for the detection of Fe3+ and Cu2+ ions，' Nanoscale, 2014,6,4157)将块状g-C3N4通过水热技术处理后得到少层氮化碳纳米点，发现其在Fe 3+和 Cu2+探测方面具有优异性能。 可见，很多原材料都可以用以制备氮化碳量子点，所用的原材料涉及到利用乙二 胺、N，N-二甲基甲酰胺、有机胺、壳聚糖、EDTA、尿素、柠檬酸钠甚至块状g-C 3N4，上述氮化碳 量子点也表现出了强大的应用潜力，但上述制备方法所得"量子点"尺寸的均一性不尽理 想，尺寸范围较大（5?80nm)，所以一般称为纳米点，而量子点平均直径一般小于10nm ;此 夕卜，由于使用原材料的大多是小分子，所以现有制备技术的产率较低，一般不超过50%，限制 了产品的批量化生产与应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种模板去除较容易，产 率较高，成本较低，产品尺寸均一性较好的氮化碳量子点的制备方法。 本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是： ，包括以下步骤： (1) 备料：按比例称量三聚氰胺和氯化钠晶体，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）备料：按比例称量三聚氰胺和氯化钠晶体，其中三聚氰胺和氯化钠晶体质量比为 1:1～5；将三聚氰胺和氯化钠晶体溶解于去离子水中，所述去离子水的质量相当于氯化钠晶体质量的6～12倍；（2）干燥与压片：将步骤（1）所得水溶液在‑40～‑10℃冷冻干燥10～48h至恒重，置于模具中，利用压片机在5～20MPa压力下压成厚度为0.5～3cm的片材；（3）加热：将步骤（2）所得片材放在瓷舟中，置于管式炉中，以1～10ml/min的流速通氮气，以1～30℃/min的升温速率升到400～700℃并保温1～2h，再随炉冷至室温；（4）分离：将步骤（3）所得产物置于研钵中研磨10～30min，再溶于相当于原料氯化钠晶体质量6～12倍的去离子水中，超声10～60min，以500~1000rpm的离心速率除去沉淀，使用分子量为500～3000的透析袋透析24～48h除去氯化钠，得到含有量子点的水溶液; （5）干燥：将步骤（4）所得水溶液在‑40～‑10℃冷冻干燥10～48h至恒重，得氮化碳量子点粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楚增勇，原博，蒋振华，李公义，王璟，胡天娇，王春华，李义和，王清华，王孝杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43