[发明专利]铁离子检测用氮硫双掺杂碳量子点及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铁离子检测用氮硫双掺杂碳量子点及其制备方法，其制备方法为：将生物质纤维素材料浸泡SO₄^2‑/NH₂^‑小分子水溶液体系后充分燃烧处理制得氮硫双掺杂碳量子点，其中SO₄^2‑/NH₂^‑小分子水溶液体系为同时含有SO₄^2‑和NH₂^‑的小分子水溶液。通过该方法制备氮硫双掺杂碳量子点的得率为8.2～14.7％，制得的氮硫双掺杂碳量子点的量子产率为9.9～19.0％，且碳量子点的荧光强度对铁离子浓度表现出线性猝灭。本发明方法能够有效提高制备的碳量子点的得率与量子产率，且成本低，效率高，制得的氮硫双掺杂碳量子点能够应用于环境中铁离子的高效检测，具有极好的经济价值和推广价值。

技术领域

本发明属于纳米发光材料制备及应用领域，具体涉及一种铁离子检测用氮硫双掺杂碳量子点及其制备方法。

背景技术

碳量子点是碳材料家族的一类新型纳米材料。相比于传统的半导体量子点，碳量子点不仅具有良好的光稳定性与化学稳定性，而且还具有优异的生物相容性。因此，碳量子点已经被广泛应用于离子检测、生物传感、细胞成像和光催化等领域。

碳量子点的制备方法通常分为两大类：自上而下法和自下而上法。自上而下法是利用物理或化学方法将大尺寸的碳靶，如石墨、碳纤维、碳纳米管或氧化石墨等通过电弧放电法、激光刻蚀法、电化学氧化法或水热切割法等剥离粉碎从而制得碳量子点的方法；自下而上法则是由有机小分子，如柠檬酸盐和碳水化合物等通过热解法或微波辅助水热合成法来制备碳量子点的方法。但是，这些方法大多数比较复杂和耗时，采用的原料比较昂贵，生产成本高，而且产物提纯困难，大大限制了碳量子点的生产和应用。

因此，越来做越多的研究者使用廉价易得的天然原料，特别是生物质纤维素类材料，通过一步燃烧碳化的方法，实现碳量子点的低成本和高效制备，例如在中国专利(CN103332676A、CN102745669A和CN105542761A)、文献1(RSC Advances,2013,3(32):13119-13122.)以及文献2(ACS Applied MaterialsInterfaces,2015,8(2):1434-1439.)等中，都有比较详细的描述。其中，文献1将废纸(主要成分为植物纤维素)直接在空气中燃烧，然后将灰烬在水中分散、提纯后制得碳量子点水溶液，然而，基于生物质纤维素类材料直接燃烧碳化制备的碳量子点通常具有较低的得率与量子产率，大大限制了其深入应用。

因此，研究一种成本低、效率高且能够有效提高碳量子点的得率与量子产率的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的成本高、效率低且制备的碳量子点的得率和量子产率低的缺点，提供一种成本低、效率高且能够有效提高碳量子点的得率与量子产率的铁离子检测用氮硫双掺杂碳量子点及其制备方法。本发明首先将生物质纤维素材料经SO₄^2-/NH₂^-小分子水溶液体系浸泡处理，然后进行充分燃烧处理制备得到氮硫双掺杂碳量子点。本发明预先对生物质纤维素材料进行SO₄^2-/NH₂^-小分子水溶液体系浸泡处理，可以有效提高所制备的碳量子点的得率与量子产率，同时，由于碳量子点中硫元素对铁离子的络合作用，所制备的氮硫双掺杂碳量子的荧光强度对铁离子浓度表现出线性猝灭效应，可进一步应用于环境中铁离子的高效检测，为其深入应用提供了条件，从而进一步扩展了其应用范围。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：