一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米碳材料的制备和应用技术领域，具体公开一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点及其制备方法和应用。所述基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法包括以下步骤：a、将乙醇酸和非极性氨基酸类化合物混合后，加热至80

【技术实现步骤摘要】
一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米碳材料的制备和应用
，尤其涉及一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和现代化建设的进行，污染物的排放也使环境恶化的情况日趋严峻，其中的重金属污染已成为最严重的生态污染物之一，并直接或间接地对大量生物的生存以及人类的健康造成了严重的威胁。重金属排放到环境中后不易去除，并会在环境中长期累积，对生物和人体均会产生毒副作用，导致金属污染已成为世界性的环境问题。因此，若能制作探针来实现准确、快速地检测环境中重金属元素的含量，对于食品安全、生态环境改善和人类健康都有极其重要的意义。
[0003]碳量子点作为新型纳米材料，与传统半导体材料相比不仅具有传统材料的良好的光学特性，还弥补了传统材料在环境、生物及细胞毒性等方面的缺陷。碳量子点在金属离子的检测中有较高的灵敏度和选择性，为其在环境检测的实际应用提供了可靠保障。但现有的碳量子点的制备所用的原料均涉及非天然材料，具有一定的危害性，制备方法复杂、制备条件较为苛刻，且制备得到的碳量子点荧光强度偏低，猝灭后荧光性能无法恢复，灵敏度有限，不能重复利用，以及存在环境友好性和生物稳定性差的缺陷。

技术实现思路

[0004]针对现有碳量子点的制备和使用性能存在的上述问题，本专利技术提供一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点及其制备方法和应用，该碳量子点的制备原料天然且来源广泛，制备过程简单且不产生任何污染物；且该碳量子点溶液的荧光强度高，荧光淬灭后可恢复荧光、可重复使用，对金属离子尤其对金属铁离子具有极好的淬灭响应和检测灵敏性。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0006]一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0007]a、将乙醇酸和非极性氨基酸类化合物混合后，加热至80
‑
120℃，直至形成透明均一的液体；
[0008]b、将所述液体与水混合后，加热至150
‑
250℃进行水热反应，干燥得到所述碳量子点。
[0009]相对于现有技术，本专利技术提供的基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，采用天然且来源广泛的乙醇酸和非极性氨基酸类化合物作为原料，在特定的温度下先形成透明均一的液体(低共熔溶剂)，再将该低共熔溶剂与水混合后在一定的温度下进行水热反应即可得到所述的碳量子点。该碳量子点的制备方法简单、成本低、无任何废弃污染物产生，绿色环保。同时该制备方法制备得到的碳量子点的粒径小且分布均匀、低毒环保，具有良好的荧光特性，其荧光强度高，对金属离子有极好的淬灭效果，尤其对金属铁离子具有极高的灵敏度。此外，该碳量子点具有荧光可恢复性，荧光淬灭后还可进行恢复，可反复检测使用，
具有极高的应用前景。
[0010]优选的，所述非极性氨基酸类化合物为脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸和甜菜碱中的一种。
[0011]上述非极性氨基酸类化合物均为天然物质，且价格低廉、来源广泛，同时利用其制备的碳量子点具有极高的荧光强度。
[0012]优选的，所述非极性氨基酸类化合物为脯氨酸。
[0013]当所述非极性氨基酸类化合物为脯氨酸时，可进一步提高制备得到的碳量子点的荧光强度，增加对金属离子检测的灵敏度。
[0014]优选的，所述乙醇酸和非极性氨基酸类化合物的摩尔比为2
‑
4:1。
[0015]优选的，所述液体与水的质量体积比为：0.5g
‑
1.5g：30mL。
[0016]优选的，所述水热反应的时间为9
‑
12h。
[0017]优选的，所述干燥的温度为
‑
10℃～20℃、时间为10h
‑
12h。
[0018]本专利技术还提供了所述基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法制备得到的碳量子点。
[0019]本专利技术还提供了所述碳量子点的在作为检测金属离子用荧光探针中的应用。
[0020]优选的，所述金属离子包括钙离子、钴离子、钾离子、镁离子、钠离子、铁离子、铜离子和锌离子。
[0021]优选的，所述金属离子为铁离子。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例1制备的乙醇酸/脯氨酸碳量子点的TEM图；
[0023]图2是本专利技术实施例4中的四种碳量子点的荧光强度比较图；
[0024]图3是本专利技术实施例5中检测的乙醇酸/脯氨酸碳量子点对不同金属离子的荧光淬灭响应效果比较图；
[0025]图4是本专利技术实施例6中在淬灭后的溶液中加入缓冲液后的荧光恢复强度随重复次数变化的统计图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]实施例1
[0028]一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0029]a、将0.19mol的乙醇酸和0.048mol的脯氨酸混合均匀后，加热至80℃，恒温反应0.5h，得到透明均一的液体，即得到乙醇酸/脯氨酸天然低共熔溶剂；
[0030]b、取1g上述低共熔溶剂和30mL水加入反应釜内混合均匀，加热至200℃，恒温反应10h，冷却至20℃干燥10h，干燥后的溶液在12000r/min下离心5min，得到的上清液用孔径为0.22μm的微滤膜过滤，得到滤过液即为乙醇酸/脯氨酸碳量子点。
[0031]对上述得到的乙醇酸/脯氨酸碳量子点的特性进行测试，该乙醇酸/脯氨酸碳量子
点的TEM图如图1所示，从图1中可以看出，乙醇酸/脯氨酸碳量子点呈球形，颗粒尺寸较小，粒径大小均在3
‑
4nm之间。
[0032]实施例2
[0033]一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0034]a、将0.144mol的乙醇酸和0.048mol的脯氨酸混合均匀后，加热至100℃，恒温反应直至得到透明均一的液体，即得到乙醇酸/脯氨酸天然低共熔溶剂；
[0035]b、取0.5g上述低共熔溶剂和30mL水加入反应釜内混合均匀，加热至150℃，恒温反应12h，冷却至10℃干燥11h，干燥后的溶液在12000r/min下离心5min，得到的上清液用孔径为0.22μm的微滤膜过滤，得到滤过液即为乙醇酸/脯氨酸碳量子点。
[0036]对上述得到的乙醇酸/脯氨酸碳量子点的特性进行测试，该乙醇酸/脯氨酸碳量子点呈球形，颗粒尺寸较小，粒径大小均在2
‑
4nm之间。
[0037]实施例3
[0038]一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0039]a、将0.096mol的乙醇酸和0.048mol的脯氨酸混合均匀后，加热至120℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将乙醇酸和非极性氨基酸类化合物混合后，加热至80
‑
120℃，直至形成透明均一的液体；b、将所述液体与水混合后，加热至150
‑
250℃进行水热反应，干燥得到所述碳量子点。2.如权利要求1所述的基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述非极性氨基酸类化合物为脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸和甜菜碱中的一种。3.如权利要求2所述的基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述非极性氨基酸类化合物为脯氨酸。4.如权利要求1所述的基于天然低共熔溶剂的碳量子点的制备方法，其特征在于：所述乙醇酸和非极性氨基酸类化合物的摩尔比为2
‑
4:1。5.如权利要求1所述的基于天...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝友，康凯明，岳刚，杨会龙，刘大喜，韩菊，陈少华，王利民，贾晓巧，郑科阳，王新宇，关登仕，
申请(专利权)人：宁夏中星显示材料有限公司，
类型：发明
国别省市：