[发明专利]一种碳量子点及其制备方法

说明书

本发明公开一种碳量子点及其制备方法，碳量子点的制备方法包括：通过先驱体‑硅树脂共凝胶法，将碳量子点先驱体水溶液封闭在先驱体‑硅凝胶的纳米孔隙中，之后使所述碳量子点先驱体水溶液进行水热碳化反应而形成碳量子点，获得包含碳量子点的碳化凝胶，其后对所述碳化凝胶进行后处理，提取出所述的碳量子点。相较现有技术，本发明制备碳量子点的方法，无大颗粒生成，产物全部为10纳米以内的碳量子点，能完全溶解于水、低级醇、低级酮或者其他极性溶剂中，在制备不含杂原子的碳量子点时，无需采用低效率的高速离心和半透膜渗析，即可获得高质量碳点。同时，碳量子点产量大，无需降低温度和缩短反应时间来减少聚集碳的生成。

技术领域

本发明涉及一种制备碳量子点的通用方法，尤其涉及一种采用水热碳化先驱体-硅凝胶制备碳量子点的方法，属于碳材料技术领域。

背景技术

碳点(CDs)作为一种新型的纳米材料，越来越多地被报道。它的基本特征是具有碳原子簇，内部碳核不被溶剂溶胀，结构稳定。由于细胞毒性低，功能团丰富，溶解度高，稳定性好，光致发光，因此能较好的应用在有机分子检测、温度传感器、光电、能源装置、光催化剂、缓蚀剂和生物成像领域。一般来说，碳点的合成可以分为自上而下和自下而上的策略。

自上而下法是以已有碳材料为原料，通过剥离、氧化、分离等方法，制备粒径小于10纳米的荧光碳点，如US2018251678报道从煤中提取蓝光碳点，又如CN108373917以活性炭为原料制备碳点。自下而上法是通过小分子热解或有机分子水热、溶剂热条件下自组装来形成纳米尺度的碳化物。由于自下而上法的化学结构灵活设计，应用广泛，相关研究被广泛地报道，如CN108414483采用氨基酸为先驱体水热法制取碳点，CN108384538采用山梨醇为先驱体水热法制取碳点等等。

已有4万多篇文献与专利报道碳点的合成与应用，2018年前9个月的碳点研究论文达到7700多篇，表明碳量子点具有广阔的应用前景，以自下而上法，即合成法为主。合成的原材料涵盖了几乎所有的食品、饮料、维生素、草药以及各种天然产物及其提取物。碳点的水热合成法，工艺简单、环保，是碳点的主要合成方法之一。但是，合成碳点所面临的主要问题依然是碳点在制备中的聚集问题，没有公开的解决方案。在碳点的水热合成中，为了减少聚集现象，通常会降低水热反应温度，缩短反应时间，或者引入氮、磷元素，提升碳点在水溶液中的溶解度。有人将碳分子筛的模板M41多孔硅微米级微球引入到碳点制备中，以孔隙作为纳米反应器，但微球表面依然为出现大粒径聚集物。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制备碳量子点的方法及碳量子点，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种制备碳量子点的方法，包括：

通过先驱体-硅树脂共凝胶法，将碳量子点先驱体水溶液封闭在先驱体-硅凝胶的纳米孔隙中，之后使所述碳量子点先驱体水溶液进行水热碳化反应而形成碳量子点，获得包含碳量子点的碳化凝胶，其后对所述碳化凝胶进行后处理，提取出所述的碳量子点。

本发明实施例还提供了一种碳量子点，其由前述方法制备而成。

较之现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明实施例提供的制备碳量子点的方法，无大颗粒生成，产物全部为10纳米以内的碳量子点，能完全溶解于水、低级醇、低级酮或者其他极性溶剂中。

2)本发明应用于制备不含杂原子的碳量子点时，无需采用低效率的高速离心和半透膜渗析，即可获得高质量碳点。

3)碳量子点产量大，无需降低温度和缩短反应时间来减少聚集碳的生成，每公斤凝胶可产出300克含水量为80％、碳点含量20％的高品质湿碳点。