[发明专利]一种N掺杂碳点及其制备方法和在Cu2+

说明书

本发明公开了一种N掺杂碳点及其制备方法和在Cu²⁺检测中的应用。属于碳纳米材料和荧光检测技术领域。N掺杂碳点的制备方法：以对苯二异氰酸酯、N,N‑二甲基甲酰胺和氨水为原料，通过一步溶剂热法合成了氮掺杂橙红光的荧光碳点(N‑CDs)。N‑CDs的粒径约为8.77nm，最佳激发峰和发射峰分别位于483nm和587nm。由于Cu²⁺与N‑CDs之间的电子转移效应，Cu²⁺可以有效地猝灭N‑CDs的荧光，N‑CDs对Cu²⁺具有高的选择性和优异的抗干扰性能，可作为荧光探针用于检测水体中的Cu²⁺。

技术领域

本发明涉及碳发光纳米材料，尤其涉及碳量子点，具体是一种N掺杂碳点及其制备方法和在Cu²⁺检测中的应用。

背景技术

铜(Cu)是第四周期第IB族金属元素。Cu²⁺是除Fe²⁺和Zn²⁺以外，人体所必需的第三种微量元素，Cu²⁺是机体还原酶的重要组成元素，在人体内参与各项氧化还原反应，对人体有着重要的生理功能。适量的Cu²⁺可以促进血红蛋白的生成，促进机体造血功能，维持骨骼、血管、皮肤的正常生理功能，促进新陈代谢和提高细胞免疫力等。Cu²⁺缺乏会导致贫血等症状，过量的Cu²⁺则会导致肝脏、神经系统功能紊乱。我国《地下水环境质量标准(GB/T14848-2017)》规定I类水Cu²⁺含量不得超过0.01mg/L，II-V类不得超过1.0mg/L，饮用水中Cu²⁺的含量不得高于20μΜ。因此，对Cu²⁺的快速精确检测是非常有必要的。目前Cu²⁺常用的检测手段有：有机染料、贵金属纳米簇、半导体量子点、原子吸收光谱法、质谱法、电感耦合等离子体质谱法、电化学分析法、1-乙胺基二硫代甲酸分光光度法、液相色谱法等。上述检测方法由于合成原料稀少、设备昂贵、操作复杂，检测时间长、不能用于现场监测等缺点，不易推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N掺杂碳点及其制备方法和在Cu²⁺检测中的应用，所述碳点的制备方法，工艺简单，原料来源广泛且价格便宜，制备条件要求低且环境友好，在一般实验室均能合成，易于推广。

本发明提供的一种N掺杂碳点的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将对苯二异氰酸酯溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入氨水调解溶液pH为碱性，于超声仪中超声至固体小颗粒完全分散溶解；

步骤2，将分散后的样品溶液转移至聚四氟乙烯高温高压反应釜内衬中；

步骤3，将反应釜置于180-220℃条件下反应7-9小时；

步骤4，待溶液冷却后，将所得溶液通过0.22-0.45μm滤膜过滤，再将滤液转移至500-1000Da的透析袋中透析8小时，得到橙红色液体；

步骤5，将透析后的橙红色液体冷冻干燥获得固体粉末，即是纯净的碳量子点。

作为优选：

所述步骤1中，对苯二异氰酸酯用量为0.10-0.20g，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)用量为20mL，氨水用量为1mL。

所述步骤3中，反应温度为200℃，反应时间为8小时。

上述方法制备的N掺杂碳点作为荧光探针可用于检测水溶液中的Cu²⁺，线性范围为20～250μM，检出限为68nM。

本发明的有益效果是：