[发明专利]一种荧光碳量子点溶液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种荧光碳量子点溶液及其制备方法和应用。所述碳量子点溶液通过固态碳源和固体氮源混合后，进行热解反应及简单的后续处理得到。所述荧光碳量子点的尺寸为1～20nm；所述荧光碳量子点溶液的激发范围为250～530nm，发射范围为350～650nm；所述荧光碳量子点溶液的原料及工艺中使用的物品价格低廉，且资源丰富，制备方法简单，且环境污染程度低，可应用于重金属离子的检测。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种荧光碳量子点溶液及其制备方法和应用，更进一步说，涉及一种具有高荧光强度的碳量子点溶液及其制备方法和应用。

背景技术

自从2004年Xu等(Xu,Xiaoyou,et al.Electrophoretic Analysis andPurification of Fluorescent Single-Walled Carbon Nanotube Fragments.Journalof the American Chemical Society 2004,126(40),12736-12737.)第一次报道荧光碳量子点后，广大科研工作者便开展了对荧光碳量子点的广泛研究。一般来说荧光碳量子点的直径在20nm以内，具有优异的光学性能、良好的生物相容性、低的细胞毒性，且其制备方法简单易行、原料成本低廉，这些优异的性能使得荧光碳量子点在细胞成像、防伪和分析检测等领域有广阔的应用前景。

目前荧光碳量子点的制备方法可分为两类：从上而下法和从下而上法。一般来说，从上而下法是将不同的碳源(如石墨、碳棒、碳纤维、碳纳米管和炭黑等)经强酸氧化或高温裂解等变成纳米级的碎片，从下而上法是指以有机小分子或聚合物为前驱体，经过分子间/内脱水、碳化而成为碳量子点。与从上而下法相比，从下而上法所制备的碳量子点的产率及量子产率都较高，因此是目前研究的重点；在这些研究中，常使用的方法有水热、微波、燃烧和等离子体处理等。Wang等(Wang,Zifei,et al.53％Efficient Red Emissive CarbonQuantum Dots for High Color Rendering and Stable Warm White-Light-EmittingDiodes.Advanced Materials 2017,29,1702910.)利用水热法制备了红光发射的碳量子点并将其应用于白光LED的制备。专利CN104263365A公开了一种微波辅助法制备碳点及检测钾离子浓度的方法及应用，微波法虽然极大简化了制备方法，但在上述过程中使用了水作为微波溶剂，造成了水资源的浪费，且微波反应耗时较长。Dang等(Dang,Dinh Khoi,etal.One pot solid-state synthesis of highly fluorescent N and S co-dopedcarbon dots and its use as fluorescent probe for Ag+detection in aqueoussolution.Sensors and Actuators B:Chemical 2018,255,3284-3291.)以固态原料高温热解，制备了氮、硫掺杂的碳量子点，但高温热解会消耗较高的能量。

到目前为止，虽然已有多种碳量子点的制备方法，但这些制备方法所消耗的能量或资源较大，且所得碳量子点的量子产率依然很低，因此开发具有高荧光强度的碳量子点及绿色环保的生产流程，并扩展其应用范围将具有极其重要的市场价值和研究意义。

发明内容

针对现有技术中荧光碳量子点制备方法繁琐和高能耗等问题，本发明提出一种具有高荧光强度的新型荧光碳量子点溶液的制备方法及应用。本发明提出的荧光碳量子点溶液，其原料和工艺中的试剂价格低廉，生产工艺成熟，环境污染程度低。本发明的荧光碳量子点溶液制备方法简单易行，具有广阔的应用前景，具体技术方案如下：

一种荧光碳量子点溶液，所述荧光碳量子点由碳、氢、氧和氮四种元素组成；