一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用，具体包括以下步骤：S1、将收集的食物废物进行洗涤、干燥，后用破壁机粉碎成粉末，得到粒径为200

【技术实现步骤摘要】
一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料领域，具体的是一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]碳量子点(CQDs)作为一种新型的零维碳纳米材料，因其具有良好的生物相容性、水溶性、化学稳定性、低毒性、高电导率和光致发光等特性，在生物成像、生物传感器等领域有着广泛的应用前景，成为绿色纳米技术中最具有研究活力和发展潜力的一类纳米材料。
[0003]CQDs的制备方法通常可分为自上而下法和自下而上法。自上而下合成法主要是将碳骨架彻底粉碎而生成CQDs的方法，而自下而上法则是以柠檬酸、糖类和不饱和聚酯等分子作为前驱体(碳源)来合成CQDs的方法。近年来，以可再生性生物质为碳源，通过水热法为主的自下而上法合成CQDs的方法因其成本低、环境友好和可批量生产等优点而被认为是具有潜力的CQDs合成途径。现有技术中，多利用丰富的有机资源如糖类和植物源生物质合成CQDs，但没有基于食物废物(包括厨余垃圾及食物不可食用部分)的增值制备方法。
[0004]此外，由于出色的光致发光特性，良好的生物相容性及低生物毒性，CQDs多作为荧光探针和荧光标签用于生物传感器和生物成像。然而，已有研究表明，以有机酸作为碳源合成的CQDs表面的含氧官能团赋予其ECL阳极共反应物的性质，对三联吡啶钌[Ru(bpy)
32+
]的ECL信号有令人满意的增强效果。而三丙胺作为目前使用最广泛的共反应剂，面临着易挥发、用量多以及具有毒性等缺陷。此外，传统氮掺杂改性手段通常是提高CQDs荧光强度，稳定性和功能化的有效手段。鲜有探索和研究改性CQDs电学性质相关报道。

技术实现思路

[0005]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种食物废物衍生碳量子点的制备方法，该食物废物衍生碳量子点可作为三联吡啶钌(Ru(bpy)
32+
)阳极共反应剂，氮元素掺杂改性食物废物衍生CQDs具有更优异的电化学活性，可作为电学传感器信号标签，此专利技术方法具有绿色环保，价格低廉，操作简单，能耗低，可批量生产的优点。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种食物废物衍生碳量子点的制备方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1、将收集的食物废物进行洗涤、干燥，后用破壁机粉碎成粉末，得到粒径为200
‑
300目的食物废物粉末；
[0009]S2、称取食物废物粉末溶于的去离子水中，超声分散5
‑
15min，得到CQDs前驱液；
[0010]S3、将前驱液转移至不锈钢水热反应釜中进行水热反应；
[0011]S4、将得到的水热反应产物过滤后透析46
‑
50h，后冷冻干燥至粉末，得到食物废物衍生碳量子点。
[0012]进一步优选地，所述步骤S3中水热反应在160
‑
300℃条件下进行2
‑
24h。
[0013]一种食物废物衍生碳量子点在电致化学发光领域的应用，食物废物衍生碳量子点
由上述制备方法制得，食物废物衍生碳量子点用作Ru(bpy)
32+
的阳极共反应剂。
[0014]进一步优选地，食物废物衍生碳量子点作为Ru(bpy)
32+
阳极共反应剂构建比率型ECL传感器用于检测生物标志物。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术以包括烹饪厨余垃圾及食物不可食用部分的食物废物作为水热法制备CQDs的碳源，原料来源广泛且环保，实现了废物的增值利用，制备过程中不使用任何化学试剂，生物毒性小，且制备方法简单，适合批量生产。
[0017]本专利技术制备的厨余垃圾衍生CQDs既拥有传统量子点基团优秀的荧光性能，同时还继承了碳材料的诸多优势，由于出色的光致发光特性，良好的生物相容性及低生物毒性，可作为荧光探针和荧光标签用于生物传感器和生物成像。与传统的荧光探针和标签相比，与传统的荧光探针相比，厨余垃圾衍生CQDs具有光学性质可调、生物相容性好和光稳定性高等优点，是传统荧光标记的优良的绿色替代品。
[0018]本专利技术制备的食物废物衍生CQDs表面丰富的含氧官能团赋予其ECL阳极共反应剂的特性。Ru(bpy)
32+
/CQDs发光体系与Ru(bpy)
32+
/三丙胺(TPrA)体系反应机理相似。其发光机理为：
[0019]Ru(bpy)
32+
‑
e
‑
→
Ru(bpy)
33+
[0020]CQDs
‑
e
‑
→
CQDs
+*
[0021]CQDs
+*
→
CQDs
*+
H
+
[0022]Ru(bpy)
33+
+CQDs
*
→
Ru(bpy)
32+*
+CQDs reductive intermediate
[0023]Ru(bpy)
32+*
→
Ru(bpy)
32+
+hυ
[0024]与TPrA相比，CQDs具有水溶性好、毒性低和检测环境(pH)为中性等优点。其作为Ru(bpy)
32+
新型共反应剂，用于构建ECL检测传感器，具有巨大的应用潜力。
附图说明
[0025]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0026]图1为本专利技术实施例1所制备的CQDs的TEM图谱
[0027]图2为本专利技术实施例1所制备的CQDs的荧光光谱图
[0028]图3为本专利技术实施例2所制备的CQDs的荧光光谱图
[0029]图4为本专利技术实施例3所制备碳量子点的XRD图谱；
[0030]图5为本专利技术实施例3裸电极(a)和厨余垃圾衍生CQDs修饰电极CV曲线在含有0.1mol/LKCl的1mM[Fe(CN)6]3‑
/4
‑
(插图为厨余垃圾衍生CQDs修饰电极在1mM PBS缓冲液中的CV曲线)；
[0031]图6为本专利技术实施例4所制备CQDs的FR
‑
IT图谱；
[0032]图7为本专利技术实施例4不同pH对Ru(bpy)
32+
/CQDs ECL体系影响；
[0033]图8为本专利技术实施例4不同浓度CQDs对Ru(bpy)
32+
/CQDs ECL体系影响；
[0034]图9为本专利技术实施例4加入所制备CQDs前后20μM Ru(bpy)
32+
在0.1M PBS(pH 7.4)中的ECL图谱；
[0035]图10为本专利技术实施例4裸ITO电极(a)和所制备CQDs修饰电极(b)在含20μM Ru(bpy)
32+<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种食物废物衍生碳量子点的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将收集的食物废物进行洗涤、干燥，后用破壁机粉碎成粉末，得到食物废物粉末；S2、称取食物废物粉末溶于去离子水中，超声分散得到CQDs前驱液；S3、将前驱液转移至不锈钢水热反应釜中进行水热反应；S4、将得到的水热反应产物过滤后透析46
‑
50h后冷冻干燥至粉末，得到食物废物衍生碳量子点。2.根据权利要求1所述的食物废物衍生碳量子点的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中食物废物粉末粒径为200
‑
300目。3.根据权利要求1所述的食物废物衍生碳量子点的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中超声分散的超声波功率为300
‑
800W，超声分散时间为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓英，吕良瑞，许明明，陈晴晴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：