一种在室温环境快速制备碳量子点的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种在室温环境快速制备碳量子点的方法及其应用。采用的技术方案是：将乙二胺加入到有机酸或无机酸中，在室温下，剧烈放热反应后，得到固体粗产物；将固体粗产物冷却到室温，并溶解于蒸馏水中，进行透析；将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，得到纯净的碳量子点粉末。本发明专利技术制备碳点的方法简单，快速，碳点的粒径均匀，荧光性能良好，具有很高的量子产率。

A method for rapid preparation of carbon quantum dots in room temperature and its application

The invention relates to a method for rapidly preparing carbon quantum dots in room temperature and its application. The technical scheme is: adding ethylenediamine into organic acid or inorganic acid, and obtaining solid crude product after intense exothermic reaction at room temperature, cooling solid crude products to room temperature, dissolving in distilled water and dialysing, and obtaining pure carbon quantum dots after dialytic solution, evaporation and freeze drying. Powder. The method for preparing carbon dots is simple and fast, and the carbon dots have uniform particle size, good fluorescence performance and high quantum yield.

【技术实现步骤摘要】
一种在室温环境快速制备碳量子点的方法及其应用
本专利技术属于有机荧光纳米材料领域，具体涉及一种在室温环境快速制备碳点的方法及其应用。
技术介绍
荧光碳点是碳纳米材料中的一种新材料。由于其优异的光学、化学和生物性能，引起了人们的广泛关注。与传统的荧光半导体量子点和重金属作为主要的发光器件相比，碳点具有绿色合成和生物相容性的优点。碳点常被用于生物领域，包括生物成像、生物传感器等方面。使用各种无害环境的物理和化学方法，可以从各种碳源(包括甚至一些废碳源)中制备出大量的碳点。因此，碳点被认为是一种理想的纳米材料，符合绿色化学的原理，最大限度地提高其应用性能，减少其不利影响。由于其在应用
的广泛应用，出现了不同技术路线下的各种制备方法，包括激光照射、水热合成、电化学刻蚀、超声波和微波辅助合成等。虽然这些方法简单快速，但复杂的实验装置使其产生了高能耗，如相对较高的温度供应。制备碳点的最理想方法是室温下合成且无需额外的能量供给。在这类方法中，化学氧化法是最常用的方法，但它具有较低的量子产量(QY＜5％)，及反应过程中要求使用大量强酸和强碱，反应后很难完全去除多余的氧化剂从而引起环境问题。因此，开发一种简单、快捷、绿色、节能、适用于大规模生产的常温碳点方法仍然十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种简单，快捷，绿色，节能，适用于大规模生产的碳点的制备方法，本专利技术制备的碳点粒径均匀，荧光性能良好，可用于制备荧光有机玻璃等材料。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，包括如下步骤：1)将乙二胺加入到有机酸或无机酸中，在室温下，通过体系自放热，剧烈放热反应后，得到固体粗产物；2)将固体粗产物冷却到室温，并溶解于蒸馏水中，进行透析；3)将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，得到纯净的碳量子点粉末。上述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，按质量比，乙二胺:有机酸或无机酸＝1:1。上述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，所述的有机酸为丙烯酸、冰醋酸、三氟乙酸和甲酸。优选的，所述的有机酸为丙烯酸。更优选的，按质量比，乙二胺:丙烯酸＝1:1.5。上述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，所述的无机酸为磷酸、硫酸和氢氟酸。上述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，步骤2)中，透析所用的透析袋的截留分子量为100。为了改变碳点的荧光颜色，还可以在碳点中掺杂其他物质，上述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，步骤1)中，先将乙二胺与掺杂碳源混合后再与有机酸或无机酸反应。优选的，所述的掺杂碳源为邻苯二胺，间苯二胺和对苯二胺。按照上述的方法制备的碳量子点在制备荧光有机玻璃或荧光二极管中的应用。按照本专利技术的方法制备的碳点：乙二胺与丙烯酸反应，透析后，可得到纯净的淡黄色碳点。硫酸与乙二胺制备的碳点为蓝色荧光。磷酸与乙二胺、冰醋酸与乙二胺、氢氟酸与乙二胺、三氟乙酸与乙二胺、甲酸与乙二胺制备的碳点均呈现青绿色荧光。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过体系自放热，即可生成碳点。本专利技术的方法简单，快捷，绿色，节能，适用于大规模生产新型碳点。本专利技术的制备方法工艺简单、易于操作，无需任何设备，室温下即可反应，而且适用于多种碳源，非常易于推广。本专利技术制备的碳点粒径均匀，荧光性能好，可用于制备荧光有机玻璃，荧光二极管等材料。本专利技术制备出的丙烯酸碳点颗粒大小均匀，平均粒径约为4nm。荧光性质良好，具有较强的蓝色荧光，量子产率高达25％。附图说明图1是实施例1制备的碳点的高分辨透射电镜图。图2是实施例1制备的碳点的粒径分布图。图3是实施例1制备的碳点的紫外和荧光谱图。图4为实施例3三氟乙酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图5为实施例3磷酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图6为实施例3硫酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图7为实施例3氢氟酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图8为实施例3冰醋酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图9为实施例3甲酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。图10为实施例4间苯二胺掺杂丙烯酸与乙二胺制备的碳点的荧光谱图。具体实施方式以下通过非限定性实例进一步详细说明本专利技术。实施例1乙二胺与丙烯酸反应制备碳点将6mL乙二胺加入到14mL丙烯酸的烧杯中。剧烈放热反应后，即可得到橙红色碳点固体。冷却到室温，溶解于20mL蒸馏水中，透析(透析袋的截留分子量为100)一天。将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，即可得到纯净的淡黄色碳点。碳点的形成是由它们的电镜图证实，图1显示了一个典型的高分辨透射电镜(HRTEM)对所制备的碳点图像。可以看出，碳点具有良好的单分散性。图2显示了其粒度分布范围从2纳米到5纳米，平均直径为约4nm。图3是碳点的紫外和荧光谱图以及碳点在紫外灯下的照片，由于碳点的π-π*转变，紫外图谱上出现很宽的紫外-可见吸收带，可以发现，从荧光图上看，样品的激发波长在320和420nm之间的变化，相应的荧光发射峰出现红移现象，从400nm红移至470nm，说明氨基化的碳点和其他大多数碳点的本质是相同的，其荧光发射与激发波长之间存在着依赖性，这可能是由于这种方法所制备的碳点其粒径或者发射位点的分布不均匀而造成的。实施例2乙二胺与丙烯酸反应制备碳点的最佳比例在10ml的烧杯中加入丙烯酸和乙二胺共2mL，比例分别为1:9，2:8，3:7，4:6，5:5，6:4，7:3，8:2和9:1。室温下，剧烈放热反应后，即可得到橙红色碳点固体。冷却到室温，溶解于2mL蒸馏水中，测其荧光强度曲线，确定最佳激发波长和最佳发射波长，计算荧光量子产率，以此来比较碳点性能。表1展示了不同配比下碳点的产生情况，从表1中，可以看出，随着乙二胺的比例增大，最佳激发波长从340nm逐渐移动到360nm，碳点的最佳发射波长一直维持在412nm左右。由表1可见，很明显先加丙烯酸再加乙二胺，可以制得量子产率更高的碳点。表1序号比例(乙二胺:丙烯酸v:v)激发波长nm发射波长nm量子产率％11:93403941.94522:835041412.45033:734541624.79844:634541625.01755:534541114.44766:436041810.50477:33604180.23488:2//099:1//0实施例3更换其他碳源制备碳点分别将1mL三氟乙酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、冰醋酸和甲酸加入到1mL乙二胺中，室温下，剧烈放热反应后，即可得到碳点固体。冷却到室温，溶解于2mL蒸馏水中，透析(透析袋的截留分子量为100)一天。将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，即可得到纯净的碳点。观察碳点紫外光下的颜色，检测碳点的荧光性能，如图4-9所示。由图4可见，三氟乙酸与乙二胺制备的碳点显示青绿色的荧光，最佳激发波长为380nm，最佳发射峰的位置474nm。由图5可见，磷酸与乙二胺制备的碳点显示青绿色的荧光，最佳激发波长为380nm，最佳发射峰的位置477nm。由图6可见，硫酸与乙二胺制备的碳点显示蓝色的荧光，最佳激发波长为360nm，最佳发射峰的位置430nm。由图7可见，氢氟酸与乙二胺制备的碳点显示青绿色的荧光，最佳激发波长为380nm，最佳发射峰的位置465nm。由图8可见，冰醋酸与乙二胺制备的碳点显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将乙二胺加入到有机酸或无机酸中，在室温下，剧烈放热反应后，得到固体粗产物；2)将固体粗产物冷却到室温，并溶解于蒸馏水中，进行透析；3)将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，得到纯净的碳量子点粉末。

【技术特征摘要】
1.一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，其特征在于包括如下步骤：1)将乙二胺加入到有机酸或无机酸中，在室温下，剧烈放热反应后，得到固体粗产物；2)将固体粗产物冷却到室温，并溶解于蒸馏水中，进行透析；3)将透析后的溶液，旋蒸浓缩，冷冻干燥，得到纯净的碳量子点粉末。2.根据权利要求1所述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，其特征在于：按体积比，乙二胺:有机酸或无机酸＝1:1。3.根据权利要求1所述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，其特征在于：所述的有机酸为丙烯酸、冰醋酸、三氟乙酸和甲酸。4.根据权利要求3所述的一种在室温环境快速制备碳量子点的方法，其特征在于：所述的有机酸为丙烯酸。5.根据权利要求4所述的一种在室温环境快速制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学，李佳，吴亚培，张国林，吴秋华，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21