[发明专利]一种高产率碳量子点的制备方法

说明书

本发明公开一种高产率碳量子点的制备方法。该方法包括以下步骤：将酵母粉分散在水中，超声混匀，得到酵母粉悬浮液；将酵母粉悬浮液转移至反应釜中，密封；在120～200℃中反应4～36h，自然冷却至室温，过滤后收集滤液；将滤液干燥得到碳量子点。本发明采用过滤进一步优化提纯，有效去除了未反应的大分子，且处理简便。制备的碳量子点具有高产率，优良的分散性，水溶性和强的荧光性，可实现碳量子点大规模生产和在吸收与荧光等方面的工业化应用。本发明采用水热法制备碳量子点，所用溶剂为水，方法绿色环保，工艺简单，一步即实现了碳量子点的制备，所需设备简单，易于操作，工艺条件易于实现，生产成本低，应用范围广，利于工业化推广。

技术领域

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种高产率碳量子点的制备方法。

背景技术

碳量子点作为一种新型的荧光材料，不仅与传统的半导体量子点有相似的光学特性，还具有良好的生物相容性和生物低毒性，因此在光吸收、生物医学、传感、光电器件和精细化工等领域具有巨大的应用前景。随着研究的不断深入，碳量子点的量子效率已经达到90％以上，然而，制备产率却仍然较低，极大的限制了碳量子点的工业化应用。

目前，已经报道的碳点合成方法根据合成方法可分为以下两种，一种是自上而下合成法，另一种是自下而上合成法。自上而下合成法一般是将大分子量的碳材料(包括石墨、碳纳米管、碳纤维等)通过物理或者化学手段进行分割或者分解来制备碳量子点。主要包括电化学合成法、水热/溶剂热合成法、金属-石墨插层法、电弧放电法、激光烧蚀法、纳米光刻技术等。自下而上法一般是用有机小分子和小分子量的聚合物作为前驱体，在高温条件核心碳化和表面修饰，从而形成碳量子点。研究人员已建立了多种方法来使有机小分子能同时进行上述的脱水缩合和碳化过程，此类方法分别有微波辅助合成法、水热法、增强水热法(微波-水热法和等离子体-水热法)、强酸热解法、燃烧法和微型反应器辅助碳化等。这些方法虽然广泛应用于实验室研究碳量子点，但是上述涉及到的方法由于其制备过程复杂和制备产率普遍低于30％[Zhang J,et al.Advanced Science,2015.2(4):p.1500002]，不符合绿色环保和经济效益而限制其在工业上的生产。在实际生产中存在经济效益低的缺陷，限制了碳量子点的规模化生产，从而阻碍了碳量子点的实际应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种高产率碳量子点的制备方法。所述制备方法以酵母粉为原料，通过一步水热法直接合成碳量子点。用于解决现有技术中碳量子点制备工艺复杂、原料昂贵、产率低下等问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高产率碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)将酵母粉分散在水中，超声混匀，得到酵母粉悬浮液；

(2)将步骤(1)中所述酵母粉悬浮液转移至反应釜中，密封；在120～200℃中反应4～36h，自然冷却至室温，过滤后收集滤液；

(3)将步骤(2)中所得滤液干燥得到碳量子点。

进一步，步骤(1)中所述的酵母粉悬浮液的浓度为15～100g/L；优选为26.7g/L。

进一步，步骤(2)中所述的反应釜为聚四氟乙烯内衬反应釜。

进一步，步骤(2)中所述的过滤使用的为水相过滤器。

进一步，步骤(3)中所述的干燥方法为-40℃冷冻干燥。

进一步，步骤(3)中得到的碳量子点的产率为34.94％～65.80％，量子效率为3.02％～13.68％。

一种碳量子点，通过上述制备方法制备得到。

所述的碳量子点可以应用在光吸收、生物医学、传感、光电器件和精细化工等领域。