[发明专利]一种碳量子点及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳量子点及其制备方法。该制备方法包括：在惰性气氛下，将含有聚合芳环结构的碳前驱体升温至420℃‑450℃，煅烧1h‑6h，得到中间相沥青；将中间相沥青在溶剂中分散，得到分散液；将分散液涂布在基底表面上，在惰性气氛下进行碳化，得到负载有碳量子点的基底；将负载有碳量子点的基底在溶剂中超声，得到碳量子点的分散液。本发明还提供了通过上述制备方法得到的碳量子点，该碳量子点具有优异的荧光性能。本发明的上述制备方法可以精准控制碳量子点的尺寸。

技术领域

本发明涉及一种碳量子点的制备方法，属于碳量子点制备技术领域。

背景技术

近年来，碳量子点的电学性质和物理化学性质中，尤其光学性质和特定条件下的荧光激发性质吸引了越来越多的关注。

Xu等人(J.Am.Chem.Soc.,2004,126,12736-12737)2004年在分离和纯化单壁碳纳米管时意外发现一种新的荧光碳纳米材料，Sun等人(J.Am.Chem.Soc.,2006,128,7756-7757)在2006年将这种材料命名为碳量子点。

碳量子点结构为无定型碳或者晶体碳，具有球体或准球体结构，其粒径为1-10nm。碳量子点具有低毒性、良好生物相容性、低成本和化学惰性，同时还具有优异的荧光性质，有望取代半导体量子点。碳量子点作为通用型的纳米材料具有巨大的应用潜力，有望广泛应用于化学传感、生物传感、药物输送、光催化和电催化等领域。

碳量子点制备方法分为“自上而下”和“自下而上”两大类。其中，自上而下，是指以碳材料为原料，将碳材料破碎、解离，得到纳米尺寸的碳点；自下而上，是指采用小分子化合物为原料，通过小分子聚合、碳化得到碳点。尽管已有不同的制备方法，但已有制备方法中包括分离，纯化和功能化等复杂的工艺，导致产物收率低，产物形貌和尺寸难以精确控制，并且制备碳量子点的成本较高。因此，提供一种低成本、高质量、高收率的碳量子点制备方法十分重要。

石油重质组分来源广、成本低，可以用于碳量子点的低成本制备。例如，Wu等(Carbon,2014,78,480-489)采用石油焦(石油的减压渣油，经焦化装置，在500℃-550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭)作为原料，通过硫酸和硝酸的混合酸氧化得到含有较多氧化官能团的碳量子点。但是，该方法在制备过程中采用了硫酸和硝酸等强氧化剂，易对环境造成污染，并且无法对强氧化过程产生的碳量子点的尺寸进行精准控制。

因此，提供一种可以精准控制碳量子点的尺寸的制备方法成为了本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以精准控制碳量子点的尺寸的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种碳量子点的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：在惰性气氛下，将含有聚合芳环结构的碳前驱体升温至420℃-450℃，煅烧1h-6h，得到中间相沥青；

步骤二：将中间相沥青在溶剂中分散，中间相沥青与溶剂的质量比为1：1-100，得到分散液；

步骤三：将分散液涂布在基底表面上，在惰性气氛下进行碳化，得到负载有碳量子点的基底；

步骤四：将负载有碳量子点的基底在溶剂中进行超声处理，得到碳量子点的分散液。

在上述制备方法中，优选地，在步骤一中，升温的速率为5℃/min-20℃/min。

根据本发明的具体实施方式，在步骤一种，升温至430℃-450℃，煅烧3h-6h。

在上述制备方法中，优选地，在步骤一中，还包括将含有聚合芳环结构的碳前驱体与掺杂剂混合的步骤，即将含有聚合芳环结构的碳前驱体与掺杂剂混合后，再进行煅烧；