[发明专利]通过醛类化合物快速、高产制备碳量子点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过醛类化合物快速、高产制备碳量子点的方法；属于碳量子点制备技术领域。

背景技术

通常将尺寸小于激子玻尔半径的半导体纳米晶成为量子点，传统的半导体量子点自身具有毒性且对环境有害，这在很大程度上限制了其实际应用。而新兴的荧光碳量子点因具有良好的耐光性、优良的生物相容性、低毒性、化学惰性、低成本等独特的性能而被认为是一种应用前景的荧光纳米材料。碳量子点在化学传感、生物传感、生物成像、载药、光能疗法、光催化、电催化、能量存储与转换等领域均有应用。

制备碳量子点的方法有很多，大致可分为自上而下和自下而上两大类。自上而下法通常是是指通过弧放电、激光烧蚀、超声合成、化学和电化学氧化等方法将尺寸较大的碳材料(如石墨、石墨烯、活性炭、碳纳米管等)破坏以获得碳量子点；自下而上法则是指采用水热合成、微波辅助合成、电化学碳化等技术将有机小分子前驱体(如糖类、醇类、有机酸等)碳化得到碳量子点。然而，现有技术中的这些方法大都复杂繁琐、周期长、对仪器设备要求高、成本高、能耗高且产量低，难以实现工业化大规模生产。

发明内容

针对现有技术中碳量子点的制备方法存在生产周期长、步骤繁琐，且产率低的缺陷，本发明的目的是在于提供一种操作简单便、周期短，产率高的制备碳量子点的方法，该方法大大降低了碳量子点的生产成本，有利于工业化生产。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种通过醛类化合物快速、高产制备碳量子点的方法，该方法是在醛类化合物中加入碱性物质在15～50℃反应1～5.5h后，反应产物依次经过中和、离心分离、清洗和干燥处理，得到碳量子点固体；所述的醛类化合物为C₂～C₁₅的一元脂肪醛、二元脂肪醛或多元脂肪醛中的至少一种，和/或C₇～C₁₅的一元芳基醛、二元芳基醛或多元芳基醛中的至少一种。

本发明的技术方案通过选择合适的醛类有机小分子采用碱性物质进行碳化，能在温和条件下，以较快的速率获得高产碳量子点，且碳量子点的粒径尺寸为纳米级，且分布较为均匀。相对现有的技术中公开的醇类、酮类等有机小分子在反应时间和收率效果上具有明显的优势，更适合于工业化大规模生产。

本发明通过醛类化合物快速、高产制备碳量子点的方法还包括以下优选方案：

优选的方案中醛类化合物为醛类化合物为乙醛、丙醛、丁醛、丁二醛、戊醛、戊二醛、己醛、己二醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛、十三醛、十四醛、十五醛、苯乙醛、甲基苯乙醛中的至少一种。

优选的方案中碱性物质为氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸盐、碳酸盐中的至少一种。

优选的方案中碱性物质在醛类化合物中的浓度为0.1～12mol/L；最优选为0.1～5mol/L。在本发明的浓度范围内，适当增加碱性物质的浓度会加快反应速率，提高产率。

优选的方案中在醛类化合物中加入碱性物质中在20～30℃反应1.5～3.5h。优选的方案中在20～30℃反应1.5～3.5h即可获得较理想的产率。

优选的方案中碳量子点固体粒度尺寸在2～10nm范围内。

本发明的方案中离心分离是在8000～16000r/min离心速率下进行离心分离。分离后用去离子水清洗。

本发明的方案中干燥为真空干燥，温度为80～150℃，干燥时间为4～24h。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：首次采用醛类化合物用于制备碳量子点，能够在温和反应条件下快速、高产率获得纳米级碳量子点，且得到的碳量子点粒径分布均匀，满足现有各领域的应用要求。本发明的制备方法简单，条件温和可控，无需使用贵重仪器，且成本低廉、能耗少，原料来源广泛，离心即可分离，无需透析，有望实现工业化生产。

附图说明

【图1】是实施例1中得到的碳量子点的透射电镜照片；

【图2】是实施例1中得到的碳量子点的XRD图；

【图3】是实施例1中得到的碳量子点的XPS图；

【图4】是实施例1中得到的碳量子点的荧光光谱图；

【图5】是实施例1中得到的碳量子点的乙醇溶液照片；

【图6】是实施例1中得到的碳量子点的固体粉末照片。

具体实施方式

以下实施例是为了更详细地解释本发明，这些实施例不对本发明构成任何限制，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。

实施例1