SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料制备方法技术

本发明专利技术涉及荧光碳点复合材料领域，SBA‑15孔道限域荧光碳点复合材料的制备方法，将碳点固体粉末或碳点原液溶于去离子水中，获得碳点浓度为0.01~0.1mg/ml的碳点溶液；将SBA‑15加入制备的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液0.5~3h，然后超声0.5~1.5h，获得悬浊液，碳点与SBA‑15的质量比为0.1~0.5；将得到的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3~5次，洗涤好的固体放入真空烘箱，在50~80℃干燥10~15h，得到的固体粉末即为SBA‑15孔道限域荧光碳点复合材料。

Fabrication of SBA-15 Channel Limited Fluorescent Carbon Point Composites

The present invention relates to the field of fluorescent carbon point composites. The preparation method of SBA_15 pore-limited fluorescent carbon point composites can dissolve carbon point solid powder or carbon point original solution in deionized water to obtain carbon point solution with carbon point concentration of 0.01~0.1 mg/ml. The SBA_15 is added into the prepared carbon point solution, and the mixed solution is stirred at room temperature for 0.5~3 h, followed by ultrasound for 0.5~1.5 h to obtain suspension and carbon point. The mass ratio of the obtained suspension is 0.1-0.5. The solid obtained by centrifugation is washed 3-5 times with deionized water. The washed solid is put into vacuum oven and dried at 50-80 (?) C for 10-15 H. The obtained solid powder is SBA 15 channel-limited fluorescent carbon point composite material.

【技术实现步骤摘要】
SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料制备方法
本专利技术涉及荧光碳点复合材料领域。
技术介绍
荧光碳点是尺寸小于10nm的碳纳米颗粒，拥有纳米粒子的小尺寸效应、量子限效应、表面效应等，显示出了光吸收范围宽、荧光可调等独特性质。同时，碳点还具有低毒、良好的水溶性、制备成本低的优点。因此，虽然为新兴材料，但是其在荧光探针、光催化、太阳能电池等前沿领域表现出了巨大的潜在应用价值。另外，不同于传统的量子点，碳点的性能依赖于其尺寸、结构、表面态，所以通过调变其表面组成等可以有效调控其光物理和光化学性能。介孔结构具有高比表面积、高孔隙率、优异的吸附性和透过性等独特优势，更重要的是，它提供了一个纳米空间可使人们对细小尺寸的材料进行操纵。碳点尺寸小于10nm，刚好与介孔尺寸（2-50nm）接近。因此，通过介孔孔道的限域微环境来调变碳点表面的微观环境，有望实现对碳点性质调控的目的。目前，关于碳点与介孔材料的合成及应用开发备受关注。已报道的制备方法有原位复合、机械复合、对介孔材料或碳点先引入功能化基团然后再组装等。这些合成方法有其自身的优势，但是也有其不足：机械复合方法操作简单，但是所得复合结构的稳定性较差，碳点易脱落；原位复合等方法可以实现碳点与介孔材料的牢固结合，但制备工艺相对复杂。此外，值得一提的是，这些方法得到的复合体系，碳点多随机分布在介孔孔道的内外表面或介孔材料的骨架中。将碳点限制于介孔材料的孔道内鲜有报道，尚缺少在纳米孔道内组装碳点的简单有效方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对当前将荧光碳点限制在介孔材料孔道内不易实现、所需制备方法较复杂等问题，提供一种工艺简单、操作性强且所得结构稳定性高的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的制备方法，按照如下的步骤进行步骤一、将碳点固体粉末或碳点原液溶于去离子水中，获得碳点浓度为0.01~0.1mg/ml的碳点溶液；步骤二、将SBA-15加入步骤一制备的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液0.5~3h，然后超声0.5~1.5h，获得悬浊液，碳点与SBA-15的质量比为0.1~0.5；步骤三、将步骤二得到的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3~5次，洗涤好的固体放入真空烘箱，在50~80℃干燥10~15h，得到的固体粉末即为SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料。作为一种优选方式：步骤一中的碳点固体粉末或碳点原液的碳点具有Zeta电位为负值的性质。作为一种优选方式：步骤一中的碳点为水溶性的碳点。作为一种优选方式：步骤二中SBA-15孔径尺寸大于碳点的平均尺寸。本专利技术的有益效果是：（1）采用机械搅拌结合超声法将碳点组装进入SBA-15的孔道内部，具有工艺简单、快速高效的特点；（2）制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料中碳点高度分散于孔道内部，且具有良好的稳定性，不易向孔道外部迁移；（3）纳米孔道的限域作用使孔道内的碳点与SBA-15的内表面产生了界面反应；（4）制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料具有良好的荧光性质；（5）制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料可以用于Fe3+的检测，同时对Fe3+表现出了良好的吸附性能。附图说明图1为SBA-15的N2吸附/脱附等温线及孔径分布图（插图）；图2为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的透射电镜图；图3为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的X射线光电子能谱；图4为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的C1s高分辨谱；图5为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的荧光光谱；图6为室温搅拌不同时间SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料荧光强度变化；图7为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料对不同金属离子荧光响应；图8为制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料对Fe3+的吸附效果。具体实施方式本专利技术提供了一种SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料及其制备方法，下面结合附图和具体实例对本专利技术做进一步阐述。实施例1（1）取以柠檬酸为碳源、氨水为氮源制备的氮掺杂荧光碳点（简称NCDs）原液1ml，将其稀释于30ml去离子水中。其中NCDs溶液电位为-19mV，平均尺寸为3nm，其详细的制备工艺可见：Appl.Surf.Sci.2014,301:156-160。（2）将30mgSBA-15加入步骤（1）的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液30min，然后超声30min。其中SBA-15的孔径为9.5nm（图1）。（3）将步骤（2）的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3次；洗涤后的固体放入真空烘箱，在60℃干燥10h，得到SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料。透射电子显微镜（TEM）测试表明，SBA-15的孔道仍然呈高度有序性，且碳点成功组装在SBA-15孔道内部（图2）。X射线光电子能谱（XPS）表明，复合材料含有了碳元素（图3），其中C1s的高分辨谱表明，相对于NCDs，复合材料中的C-O基团峰面积增加，即C的氧化程度增加，说明纳米孔道的限域微环境使碳点与SBA-15产生了界面反应。荧光光谱测试表明，复合材料具有良好的荧光性能，其荧光强度最高的峰位在410nm，相应的激发波长为340nm（图5）。图6为室温搅拌不同时间复合材料荧光强度的变化，可以看出固体粉末的荧光强度基本没有下降，且上清液几乎没有荧光，说明碳点没有向孔道外迁移，复合结构具有良好的稳定性。图7为SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料对不同金属离子的荧光响应，可以看出：Fe2+和Fe3+使NCDs的荧光发生了明显猝灭；但是对于复合材料，由于碳点表面基团的改变，仅Fe3+对复合体系表现出了强的荧光猝灭。图8是SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料对Fe3+的吸附效果，可以看出复合材料对Fe3+有良好的吸附性。实施例2取以柠檬酸为碳源、氨水为氮源制备的氮掺杂荧光碳点（简称NCDs）原液10ml，将其稀释于30ml去离子水中。其他条件与实施例1相同，所制备的SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料具有良好的荧光性能，如图5所示。实施例3（1）取以对氨基苯磺酸为碳源、氮源、硫源制备的硫氮掺杂碳点（SN-CDs）粉末5mg，将其溶于50ml去离子水中。其中SN-CDs电位为-6mV，平均尺寸为5nm，其具体制备工艺可见：Dalton.T.2018,47:6435-6443。（2）将20mgSBA-15加入30ml步骤（1）的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液60min，然后超声30min。（3）将步骤（2）的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3次；洗涤后的固体放入真空烘箱，在50℃干燥15h，得到SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SBA‑15孔道限域荧光碳点复合材料的制备方法，其特征在于：按照如下的步骤进行：步骤一、将碳点固体粉末或碳点原液溶于去离子水中，获得碳点浓度为0.01~0.1mg/ml的碳点溶液；步骤二、将SBA‑15加入步骤一制备的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液0.5~3h，然后超声0.5~1.5h，获得悬浊液，碳点与SBA‑15的质量比为0.1~0.5；步骤三、将步骤二得到的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3~5次，洗涤好的固体放入真空烘箱，在50~80℃干燥10~15h，得到的固体粉末即为SBA‑15孔道限域荧光碳点复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种SBA-15孔道限域荧光碳点复合材料的制备方法，其特征在于：按照如下的步骤进行：步骤一、将碳点固体粉末或碳点原液溶于去离子水中，获得碳点浓度为0.01~0.1mg/ml的碳点溶液；步骤二、将SBA-15加入步骤一制备的碳点溶液中，先室温搅拌混合溶液0.5~3h，然后超声0.5~1.5h，获得悬浊液，碳点与SBA-15的质量比为0.1~0.5；步骤三、将步骤二得到的悬浊液离心，离心得到的固体用去离子水洗涤3~5次，洗涤好的固体放入真空烘箱，在50~80℃干燥10~...

【专利技术属性】
技术研发人员：常青，杨珊珊，薛超瑞，李宁，李莹，杨金龙，胡胜亮，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14