一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法技术

本发明专利技术涉及一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法，属于纳米技术领域。方法包括：采用非溶剂法制备碳氮纳米片，称取1‑10g的聚合物，放置于烘烤铝箔圆盘中，然后使用两张方形铝箔纸密封好，在反应温度100‑300℃高温炉中加热4‑6小时，获得碳化原位棕色胶状固体。所得的棕色胶状固体具有很强的蓝色荧光性能，此外得到的棕色胶状固体不仅可以直接分散在去离子水中，而且还可以分散在其它的有机溶剂当中，都展现了优异荧光性能。所述方法可以利用价格低廉的原料和简单的制备工艺过程，大规模得到具有良好分散性的蓝色荧光碳氮纳米片。

A method for large-scale preparation of blue fluorescence carbon nitride nanosheets in situ by non solvent in situ carbonization

The invention relates to a method for large-scale preparation of blue fluorescent carbon-nitrogen nanosheets by non-solvent in-situ carbonization, belonging to the field of nanotechnology. Methods: Carbon-nitrogen nanosheets were prepared by non-solvent method, weighing 1 10g polymer, placed in baked aluminum foil discs, sealed with two sheets of square aluminum foil paper, heated for 4 6h in a high temperature furnace at 100 300 C to obtain in-situ Brown colloidal solids. The obtained Brown colloidal solids have strong blue fluorescence properties. In addition, the obtained Brown colloidal solids can not only be directly dispersed in deionized water, but also be dispersed in other organic solvents, showing excellent fluorescence properties. The method can utilize cheap raw materials and simple preparation process to obtain blue fluorescent carbon-nitrogen nanosheets with good dispersion on a large scale.

【技术实现步骤摘要】
一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法
本专利技术涉及一种碳纳米材料中的碳氮纳米片(Carbonnitridenanosheets)的制备方法，属于纳米

技术介绍
碳氮纳米片是一种非金属的有机聚合物碳纳米材料，由于它富含氮元素而具有很多优异的性能，例如化学和热稳定性好、无毒、易制备且原料便宜易得和很好的光电性能等。已经广泛应用于太阳能转化、光分解水制氢、生物传感、光电器件、LED显示和柔性电子等领域。Zhao等人近期在先进材料(AdvancedMaterials)上报道了一种通过溶剂法合成的大块非原位有机碳氮纳米片。这种有机碳氮纳米片水溶性较差，需要使用高温高压在反应釜中反应得到。Zhang等人在科学报告(ScientificReports)杂志上报道了通过水热法合成多层碳氮纳米片的方法，但是此方法需要使用有机溶剂，具有一定的毒性。Niu等用双氰胺直接热氧化刻蚀得到碳氮纳米片层。这种方法主要基于层状聚合体之间的氢键不够稳定，在空气中能够得到所需要的碳氮纳米片，具有成本低，易于大规模合成以及环境友好等优点。Shang等人在应用材料与界面(AppliedMaterialsAndInterface)杂志上发表通过使用非溶剂法合成黄色凝聚的的原位碳化碳氮纳米片。这种方法必须将聚合物放置于有盖的氧化铝坩埚内，并且在500摄氏度高温下烘烤数小时，所得碳氮纳米片经过超声处理可以分散到水中，然后再放置于高压反应釜中再处理。然而，在高温下使用氧化铝坩埚有一定的危险性，同时合成步骤繁琐且后续需要把反应物放置于高压反应釜中再处理。因此，在非溶剂的条件下，使用一种安全便捷的方法得到原位且水溶性好的大规模制备荧光碳氮纳米片仍然是一个实质性的挑战。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：提出一种可以利用价格低廉的原料和简单的制备工艺过程，得到具有良好水溶性的非溶剂原位碳化的大规模荧光碳氮纳米片的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种技术方案是：一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法，该方法将聚合物PEI放置在烘烤铝箔圆盘中，不需要加入任何额外的溶剂，用双层铝箔密封好，在高温炉中加热一定时间，获得棕色胶状固体。在荧光光谱仪下测量其荧光光谱。具体为：称取1-10g聚合物放置在烘烤铝箔圆盘中，不需要加入任何额外的溶剂，用双层铝箔密封好，在反应温度100-300℃，高温炉中加热4-6小时，获得棕色胶状固体。所述聚合物为聚乙烯亚胺PEI。本专利技术的有益效果：本专利技术为一种非溶剂原位碳化的大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法，它对原有的制备方法进行了显著的改进，通过使用非溶剂，改变反应温度(100-300℃)，使用双层铝箔密封烘烤铝箔圆盘作为反应容器，大规模原位制备得到不仅可以分散在水中而且可以分散在其它有机溶剂中的蓝色荧光碳氮纳米片。附图说明下面结合附图对本专利技术的作进一步说明。图1为实施例1中制得的碳氮纳米片的激发光谱图；图2为实施例1中制得的碳氮纳米片的荧光光谱图；图3为实施例2中制得的碳氮纳米片的激发光谱图；图4为实施例2中制得的碳氮纳米片的荧光光谱图；图5为实施例3中制得的碳氮纳米片的激发光谱图；图6为实施例3中制得的碳氮纳米片的荧光光谱图；图7为实施例4中制得的碳氮纳米片的激发光谱图；图8为实施例4中制得的碳氮纳米片的荧光光谱图；图9为实施例4中制得的碳氮纳米片的投射电镜图；图10为实施例5中制得的碳氮纳米片的激发光谱图；图11为实施例5中制得的碳氮纳米片的荧光光谱图；图12为实施例6中制得的不同温度反应得到的碳氮纳米片在可见光和紫外灯照射下的图片；图13为实施例7中制得的不同温度反应得到的碳氮纳米片分散于水中在可见光和紫外灯照射下的图片；图14为实施例4中制得的碳氮纳米片分散于不同溶剂中分别在可见光和紫外灯照射下的图片图15为实施例9中大规模制得的碳氮纳米片在可见光和紫外灯照射下的图片；图16为实施例4中制得的碳氮纳米片在Hela细胞中的荧光成像图片。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。实施例1：称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，反应温度100℃，在高温炉中加热6h，得到棕色胶状固体，记录其在可见光和紫外灯照射下的荧光情况。将棕色胶状固体分散于水中，配制成碳氮纳米片溶液，再使用转速6000转的离心机离心10min，取上层清夜继续使用。记录碳氮纳米片分散于水中分别在可见光和紫外灯照射下的荧光情况，并且进行荧光光谱仪测试，记录其激发和发射荧光强度，测试得到碳氮纳米片激发波长350nm，发射波长435nm，分别如图1和图2。实施例2：称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，反应温度150℃，在高温炉中加热6h，得到棕色胶状固体，记录其在可见光和紫外灯照射下的荧光情况。将棕色胶状固体分散于水中，配制成碳氮纳米片溶液，再使用转速6000转的离心机离心10min，取上层清夜继续使用。记录碳氮纳米片分散于水中分别在可见光和紫外灯照射下的荧光情况，并且进行荧光光谱仪测试，记录其激发和发射荧光强度，测试得到碳氮纳米片激发波长357nm，发射波长448nm，分别如图3和图4。实施例3：称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，反应温度200℃，在高温炉中加热6h，得到棕色胶状固体，记录其在可见光和紫外灯照射下的荧光情况。将棕色胶状固体分散于水中，配制成碳氮纳米片溶液，再使用转速6000转的离心机离心10min，取上层清夜继续使用。记录碳氮纳米片分散于水中分别在可见光和紫外灯照射下的荧光情况，并且进行荧光光谱仪测试，记录其激发和发射荧光强度，测试得到碳氮纳米片激发波长360nm，发射波长455nm，分别如图5和图6。实施例4：称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，反应温度250℃，在高温炉中加热6h，得到棕色胶状固体，记录其在可见光和紫外灯照射下的荧光情况。将棕色胶状固体分散于水中，配制成碳氮纳米片溶液，再使用转速6000转的离心机离心10min，取上层清夜继续使用。记录碳氮纳米片分散于水中分别在可见光和紫外灯照射下的荧光情况，并且进行投射电镜和荧光光谱仪测试，记录其激发和发射荧光强度，测试得到碳氮纳米片激发波长370nm，发射波长470nm，测试得到碳氮纳米片的尺寸～10nm，分别如图7、图8和图9。实施例5：称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，反应温度300℃，在高温炉中加热6h，得到棕色胶状固体，记录其在可见光和紫外灯照射下的荧光情况。将棕色胶状固体分散于水中，配制成碳氮纳米片溶液，再使用转速6000转的离心机离心10min，取上层清夜继续使用。记录碳氮纳米片分散于水中分别在可见光和紫外灯照射下的荧光情况，并且进行荧光光谱仪测试，记录其激发和发射荧光强度，测试得到碳氮纳米片激发波长330nm，发射波长425nm，分别如图10和图11。实施例6：称取分别称取2gPEI放置在烘烤铝箔圆盘中，用两张方形铝箔纸密封，在不同温度(100，150，200，250和300℃)下反应得到棕色胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法，其特征在于,包括以下步骤：采用非溶剂直接加热反应的方法制备碳氮纳米片：称取1‑10g聚合物放置在烘烤铝箔圆盘中，不需要加入任何额外的溶剂，用双层铝箔密封好，在反应温度100‑300℃，高温炉中加热4‑6小时，获得棕色胶状固体；所述聚合物为聚乙烯亚胺PEI。

【技术特征摘要】
1.一种非溶剂原位碳化大规模制备蓝色荧光碳氮纳米片的方法，其特征在于,包括以下步骤：采用非溶剂直接加热反应的方法制备碳氮纳米片：称取1-10g聚合物放置在烘烤铝箔圆盘中，不需要加入任何额外的溶剂，用双层铝箔密封好，在反应温度100-300℃，高温炉中加热4-6小时，获得棕色胶状固体；所述聚合物为聚乙烯亚胺PEI。2.根据权利要求1所述的非溶剂原位碳化的荧光碳氮纳米片的制备方法，其特征在于：称取10g聚合物置在烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金华，陈灿，张世宇，李林，张成武，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32