一种碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种碳量子点及其制备方法和应用，属于农业技术领域。包括以下步骤：将柠檬酸溶于甲酰胺中，第一次加热搅拌反应，反应结束后冷却至室温，加入聚乙二醇，第二次加热搅拌反应，反应结束后反应液离心，沉淀用洗脱剂洗涤，纯化，冷冻至固态，冻干，制得碳量子点。本发明专利技术一种低毒的碳量子点材料，可将日光中的绿光转化为红光，并具有良好的水溶性，简单喷施于植物叶片表面即可，操作简便，使用效果好，能明显增强植物光合作用、延缓叶片衰老、促进植物生长、增强植物抗逆性。植物生长、增强植物抗逆性。植物生长、增强植物抗逆性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及农业
，具体涉及一种碳量子点及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光合作用是地球上所有生物活动进行的基础，它将太阳能转化为有机化合物的化学能。农作物的生长发育及形态建成所需的能量主要由光照提供，并通过光照的信号作用和能量作用来调控植物相关基因的表达，以此来完成植物的营养生长和生殖生长过程中的各个生理行为(Andreeva&Velitchkova 1998)。弱光天气通常通过影响农作物的光合作用，导致农作物生长发育受到制约，因此弱光是设施农业生产的主要农业气象灾害之一，是制约设施农作物生长、产量形成的主要因素。设施农业在设施设备建造过程中必然要和自然条件有所隔离，覆盖材料的使用往往会造成设施内部光照强度有所损失，严重影响作物的有效光合作用，导致设施生产的效率低、品质差等问题。目前，植物生长所需的光环境调控手段主要发生在设施内，仍然以传统光源(高压钠灯、荧光灯、LED光源)补光为主。
[0003]另外太阳光中仅有红光和蓝光可以被叶绿体捕获，以波长430
‑
470nm的蓝紫光及波长630
‑
680nm的红橙光为叶绿素吸收峰值区域，该部分波段仅占到太阳光辐射的26％(Goins et al.1997)，因此太阳能中的很多能量并不能被植物利用。最近有研究表明，纳米材料由于其光致发光特性而表现出增强植物光合作用的能力。因此，将太阳光中吸收量较低的波段转换为光合所需的红橙光或蓝紫光，充分利用太阳光中的能量，对于增强农作物的产量具有较强的可行性和巨大的开发空间。
[0004]现有技术中将无效或低效光转换为植物可吸收的蓝光和红光的方法主要是利用转光农膜或者人工补光设备，专利CN202010962187.9一种粘附性蓝色荧光涂层及其制备方法和应用，公开了一种粘附性转光涂层的制备方法，并公开了其在促进植物生长和增强植物抗逆性中的应用。
[0005]传统光源(高压钠灯、荧光灯、LED光源)补光为主，功耗高、光谱匹配性差、光谱单峰发射、造价成本高制约着光照调控手段在露地和设施内的进一步应用。
[0006]转光膜前期需要大量的资金投入，施工操作较复杂，且仅可使用于温室等设施农业中，无法在大田种植中使用。此外，农用转光膜存在难降解、污染环境等问题，难以普及使用。
[0007]一些含有Au、Ag、Fe3O4、TiO2和ZnO的金属或金属氧化物纳米颗粒和碳基纳米材料(例如，富勒烯、碳纳米管和石墨烯颗粒)在特定波长光的激发之下，就会发出叶绿素光合作用所用的红橙光或蓝紫光，从而促进植物光合作用和碳水化合物积累(Qiu et al.2015；Song et al.2021；Xie et al.2021)。然而，这些纳米材料中如CaS:Eu
2+
@CaZnOS:Mn
2+
，Sr2
‑
xYxSi5
‑
xAlxN8:Eu
2+
等很大一部分都含有Eu等稀土金属元素，Eu成本较高，且掺Eu
2+
的碱土金属硫化物对环境易产生不利影响；同时由于大多数此类纳米材料需要严格的合成条件(高压或高温)，导致其应用很有限(Qiu et al.2015)。
[0008]专利CN202010962187.9一种粘附性蓝色荧光涂层及其制备方法和应用，公开了转
光涂层能够将日光中的紫外部分转化为蓝光，而不能够转换日光中其他波段的光，尤其是所占的比例是紫外的两倍以上的绿光。
[0009]碳量子点是一种碳基零维材料。碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点(Li et al.2020)。近些年有研究发现有些碳量子点在紫外(UV)光区域表现出强吸收，并发射出与叶绿体吸收光谱完全匹配的强蓝光、远红光或双发射光，有学者将这些碳量子点经细胞毒性检测确认安全后，喷施在生菜、香菜、大蒜、水稻等作物上，发现植株的光合作用强度和生物量的积累明显增加，这表明这些碳量子点可以明显促进植株的生长(Li et al.2020)。然而目前运用碳量子点增强植物光合作用的报道都是将紫外光转换为蓝光或红光，从而提高植物细胞的光合作用强度。太阳光中绿光色的光谱占紫外光谱的两倍以上且大部分不能够被植物细胞吸收，应用绿色转红色的碳量子点增强农作物光合作用的技术还没有报道。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提出一种碳量子点及其制备方法和应用，现有技术的实施方案多通过含有重金属的转光膜来实现，成本较高，不易降解，且易污染环境；本专利技术中公开了一种低毒的碳量子点材料，可将日光中的绿光转化为红光，并具有良好的水溶性，简单喷施于植物叶片表面即可，操作简便，使用效果好，能明显增强植物光合作用、延缓叶片衰老、促进植物生长、增强植物抗逆性。
[0011]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0012]本专利技术提供一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤：将柠檬酸溶于甲酰胺中，第一次加热搅拌反应，反应结束后冷却至室温，加入聚乙二醇，第二次加热搅拌反应，反应结束后反应液离心，沉淀用洗脱剂洗涤，纯化，冷冻至固态，冻干，制得碳量子点。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第一次加热搅拌反应温度为150
‑
170℃，时间为6
‑
10h；所述第二次加热搅拌反应温度为50
‑
90℃，时间为0.5
‑
1.5h。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述第一次加热搅拌反应温度为160℃，时间为8h；所述第二次加热搅拌反应温度为70℃，时间为1h。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述洗脱剂为二甲基亚砜。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述纯化方法为采用硅胶柱层析纯化。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述柠檬酸、甲酰胺和聚乙二醇的质量比为1
‑
2：0.5
‑
1：0.2
‑
0.5。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述离心为在5000
‑
7000g下室温离心3
‑
7min。
[0019]本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的碳量子点。
[0020]本专利技术进一步保护一种上述的碳量子点在增强植物光合作用、延缓叶片衰老、促进植物生长、增强植物抗逆性中的应用。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，将碳量子点经DMSO溶解后，用水稀释至10
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1000mg/L，于光照条件下均匀喷施于农作物叶片上。
[0022]本专利技术具有如下有益效果：
[0023]1、本专利技术方法操作简便，直接喷施即可达到增强农作物光合作用的目的。
[0024]2、本专利技术方法不需要特殊设备，成本低廉。
[0025]3、本专利技术方法应用范围广泛，设施农业和大田中均可使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸溶于甲酰胺中，第一次加热搅拌反应，反应结束后冷却至室温，加入聚乙二醇，第二次加热搅拌反应，反应结束后反应液离心，沉淀用洗脱剂洗涤，纯化，冷冻至固态，冻干，制得碳量子点。2.根据权利要求1所述碳量子点的制备方法，其特征在于，所述第一次加热搅拌反应温度为150
‑
170℃，时间为6
‑
10h；所述第二次加热搅拌反应温度为50
‑
90℃，时间为0.5
‑
1.5h。3.根据权利要求2所述碳量子点的制备方法，其特征在于，所述第一次加热搅拌反应温度为160℃，时间为8h；所述第二次加热搅拌反应温度为70℃，时间为1h。4.根据权利要求1所述碳量子点的制备方法，其特征在于，所述洗脱剂为二甲基亚砜。5.根据权利要求1所述碳量子点的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙昊，焦浈，李双，王蓉，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：