[发明专利]一种提高水热法制备碳量子点荧光强度的制备方法

说明书

本发明公开了一种提高水热法制备碳量子点荧光强度的制备方法，具体地说，是在原有水热法制备生物质碳量子点的基础上，引入不同种类的酸及氮源，进而改性碳量子点提高其荧光强度。采用本发明的改性方法得到的碳量子点，与未改性的碳量子点相比，其荧光强度可提高4‑8倍。另外，此改性方法是仅在原水热法基础上直接加入改性剂改性，其制备方法简单高效。

技术领域

本发明提供了一种基于生物质原料水热制备碳量子点提高其荧光强度的制备方法，具体地说，是在水热制备碳量子点的过程中加入不同的酸和引入掺杂元素，从而提高碳量子点的荧光强度。

背景技术

碳量子点是粒径小于10nm的零维碳基光致发光材料，其类球形结构、内部碳化的碳核和结晶的石墨结构及表面官能团，使其有较大的比表面积、高的光学稳定性、易官能化及良好的生物相容性等特性，尤其是其量子尺寸效应和表面缺陷态可对其荧光性进行调控，可用于化学检测、光学催化及荧光防伪等方面。由于其制备来源广泛、低毒性及生物相容性等突出特点，使其逐渐替代传统半导体量子点，在生物成像、药物输送及光动力治疗等医学领域有较大的应用潜力。理论上来看，虽然所有含碳的物质，不仅是常见的柠檬酸、氨基酸、苯二胺等的这些简单小分子，还是生物质材料这种复杂大分子，都可以通过一定的制备方法得到碳量子点，但是，目前的碳量子点仍多为含碳小分子化合物为制备碳源，生物质碳源虽然呼声较大，但由于其较低的产率和荧光强度及生物成分复杂导致的可控性低，使其在实际应用中受到阻碍。因此以生物质尤其是废弃生物质为碳源制备碳量子点可以有效实现废弃资源的再利用，成为近年来广大研究者竞相的研究内容。

废弃木材作为生物质资源，近年来在开发研究上有较大的突出贡献。以植物资源(草本类、果蔬类及木质资源类)的生物质为碳源制备碳量子点多为水热法制备碳量子点，生物质材料经过高温高压将内部碳源脱水碳化从而得到碳量子点，具有操作简单、成本低、无毒等优点，可通过控制反应物种类(碳源、掺杂源)、反应体系(水、乙醇、甲酰胺)、体系环境(PH)以及反应过程中的温度、时间等来控制最终碳点的性质。

本发明提供了一种提高基于生物质原料水热法制备荧光碳量子点的荧光强度的方法。未改性水热制备的碳点粒径10nm左右，能够在360nm的激发下发射450nm的短波长蓝色荧光，具有一定的激发依赖性和良好的水溶性,但荧光强度不高，因此通过改性来提高生物质碳量子点的荧光强度。对其荧光强度的提高具体涉及到：采用不同种类的酸(无机酸和有机酸)对生物质制备的碳点进行改性，酸不仅可以有效提高生物质原料的水解，同时有机酸也能提供部分碳源，从而提高碳量子点的荧光强度；在加入酸的同时，再加入尿素引入氮源，从而更进一提高碳量子点的荧光强度。

发明内容

本发明的目的是提高生物质水热法制备碳量子点的荧光强度，该碳量子点的原料是生物质原料包括木材、竹材、草本、果蔬及植物纤维等。

本发明是在生物质材料水热体系中加入不同种类的酸，提高水解反应的同时，引入不同掺杂元素或进一步增加碳源；在加入酸的基础上，再加入尿素引入氮源，从而提高碳量子点的荧光强度。

本发明的技术方案如下：

一种提高基于生物质水热法制备碳量子点的荧光强度的制备方法，步骤如下：

未改性生物质碳量子点的制备方法如下：

1)将生物质原料粉粹成粉末，与去离子水混合后于反应釜中进行高温高压水解；

2)过滤去除水解完成后的残渣；

3)将过滤后得到的滤液于透析袋中透析；

4)将透析完成后的溶液超声，再次过滤去除大粒径的团聚体；

5)最后经冷冻干燥制备得到粉末状态的碳量子点。

改性后的生物质碳量子点的制备方法如下：