[发明专利]一种在室温环境快速制备碳量子点的方法及其应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。由于其在应用技术领域的广泛应用，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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明采用的技术方案是：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。

按照本发明的方法制备的碳点：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。