[发明专利]一种基于蛋壳膜的水溶性碳量子点的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及荧光碳量子点的制备方法及其应用领域，具体涉及一种基于蛋壳膜水热合成水溶性荧光碳点的制备方法及碳量子点在制备金纳米/碳量子点复合纳米材料中的应用。

背景技术

荧光纳米材料以其优异的光电性能在医学成像、传感检测、能源催化等领域具有广泛的应用潜力。传统的半导体荧光纳米材料如CdTe、CdSe、PbS等由于含有重金属元素，对生物体及环境具有较大的毒副作用，一定程度上限制了该类量子点材料的应用范围。碳量子点是一种平均粒径小于10 nm的新型荧光碳纳米粒子，由极少分子或原子组成的纳米团簇，碳量子点不仅具有优良的光学性能与小尺寸效应，而且生物相容性好，易于实现表面功能化，被认为是一种最为理想的荧光纳米标记/检测材料。

荧光碳量子点的合成原料来源广泛、且制备方法多样，大致可归为化学法和物理法两类。如激光器轰击剥落法、微波辅助合成法、电化学氧化法、化学氧化法和高温热解法等，所采用的原料主要有石墨烯、碳纳米管、离子液体、柠檬酸、果皮等。采用工农业废弃物为原料制备碳点材料可实现资源的有效利用，符合绿色化学和原子经济性的要求，是当前研究者关注的热点。最近报道的碳量子点绿色合成途径有：以草、柳树皮等为原料的水热碳化法制备碳点（Adv. Mater. 2012, 24, 2037–2041；Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 1027--1035），废弃轮胎燃烧灰分硝酸高温氧化合成碳点（Chem. Commun., 2013,49, 10290-10292），以羽毛为原料的微波辅助合成法（RSC Adv., 2015, 5, 4428–4433）等。另外，申请号为201110049051.X的中国发明专利公布了一种以植物茎为原料的碳量子点制备方法，主要步骤包括350-450℃的高温管式加热炉碳化植物茎，硝酸回流酸煮10-12小时，干燥产物与乙二醇高温反应48-72小时后离心获得碳点，该方法中所用原料虽然廉价易得，但制备过程复杂，耗时较长，尤其是能耗较高。因此，探索开发基于新的天然无毒、廉价易得的原料简易快速制备荧光碳量子点材料显得尤为必要。

蛋壳膜是一种储量丰富的天然生物材料，位于真壳（石灰壳）与蛋白之间，是由高度交联的蛋白纤维和生物分子组成的多孔生物膜。蛋壳膜常作为日常生活及工农业废弃物随意排放，造成了巨大环境污染和资源浪费，开展基于蛋壳膜的荧光碳量子点水热法制备及其应用，对于拓宽碳点原料来源、提供碳点的简便制备途径、实现变废为宝具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以蛋壳膜为原料的荧光碳量子点水热法制备途径及其应用，该方法简单易行，所用蛋壳膜原料廉价易得，来源广泛，碳量子点荧光产率高、稳定性好。将制备的荧光碳量子点用作金纳米粒子合成过程中的还原剂，可避免外加还原剂的使用，所合成的金纳米/碳量子点复合材料形貌均一、稳定性好，在催化转化、传感检测等领域具有广泛的应用潜力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于蛋壳膜的荧光碳点制备方法，包括以下步骤：

a. 从蛋壳内壁剥离蛋壳膜，用蒸馏水洗涤3次，置于60-90℃烘箱中烘干，粉碎，获得粒度为30目-150目的蛋壳膜碎片；

b. 将步骤a中蛋壳膜分散于氢氧化钠溶液中，得到蛋壳膜分散液，所述蛋壳膜与氢氧化钠溶液的质量比为1：10-100，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1 mol/L-1.0 mol/L；

c. 将步骤b中的蛋壳膜分散液转移至水热合成釜中，在150-210℃下反应6-18h后自然冷却，冷却后离心，得到上清液，将上清液经截留分子量为500-3500Da的透析膜透析8-24h，之后在-80℃下冻干，得到碳量子点。

所述步骤c中离心的条件为：离心转速为4000-15000rpm，离心时间为10-30min。

所述步骤a中的蛋壳膜为鸡蛋壳膜、鸭蛋壳膜、鹌鹑蛋壳膜。

所述的碳量子点应用于制备金纳米/碳量子点复合纳米材料，包括以下步骤：

（1）将碳量子点配置为浓度为0.05-0.5 mg/mL的溶液，在搅拌状态下逐滴加入氯金酸溶液进行反应，使反应体系中氯金酸溶液的浓度为0.2-0.6mmol/L；

（2）将步骤（1）中反应体系置于温度为40-80℃的恒温水浴中，反应8-18小时后，取出反应容器并置于4℃下，反应停止，得到金纳米/碳量子点复合纳米材料。

本发明具有以下有益效果和特点：