[发明专利]一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法

说明书

本发明公开了一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其是以短链挥发性脂肪酸作为碳基材料，加入液态氮源和超纯水并搅拌均匀后，进行水热反应，即获得目标产物荧光碳量子点。本发明的方法，原料来源广泛且价格便宜、操作简单，制备条件要求低且相对温和，解决了现有荧光碳量子点制备方法因原料和工艺限制而无法规模化生产的问题。

技术领域

本发明涉及一种利用短链脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，属于化学纳米材料技术领域。

背景技术

荧光碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，具有制备简单、光稳定性好、生物相容性好、激发发射波长的依赖性等优点，在环境监测、重金属的去除、生物成像、催化剂等方面有着广泛的应用前景。

荧光碳量子点的制备方法目前主要有如下几种：(1)电弧放电法。通过电弧放电法制备的碳光量子量，具有较大氧含量，无需表面修饰。其纯化过程复杂，且产率较低，收集产物比较困难。如Xu等^[1]采用电弧放电法用碳灰制备了碳纳米颗粒，其中荧光量子的产率只有1.6％。(2)激光烧蚀法。采用激光烧蚀法制备有荧光的碳量子点，所用仪器价格昂贵，且需要添加有机溶剂来修饰碳量子点的表面态。(3)电化学法。电化学法是制备碳量子点的常用方法，研究人员通过改变电势或电流的值，使电解液的阳极氧化，再从以碳素为材料的工作电极上获得微小的碳纳米颗粒，接着通过离心获得悬浮液。通过此法获得的荧光纳米颗粒具有更加细小的粒径，但在制备过程中，由于氧化作用，增加了碳纳米管表面的缺陷。(4)超声处理法。采用超声处理法，对设备的要求比较低，容易操作，且价格便宜，但是得到的碳量子点材料的性能不够稳定。(5)有机物碳化法。有机物碳化法采用有机物前驱体碳化的方法制备碳量子点，不仅可以发射出荧光，还可以使油溶性或水溶性的碳量子点表面功能化。有机物碳化法有很多的缺点，不仅具有不稳定的荧光量子产率，生成的碳量子点中还有很多的氧，通常还要进行钝化操作。(6)模板法。一般模板都选择介孔二氧化硅(MS)球，它具有比表面积高、空隙均匀、容积率高的优点。但是，模板法制备很难将碳量子点与支持体分离，同时分布较窄，必须用超声处理才能将其分散于水中。(7)微波法。微波(频率为300MHz～300GHz)技术是一种能量集中、反应快、效率高且均匀的制备技术，在化学合成领域应用非常多。Wang等^[2]以鸡蛋壳膜(ESM)灰烬作为碳源，通过微波技术，制备了粒径约5nm且可发射蓝色荧光的碳量子点。(8)水热法。水热法是在高温高压情况下，用水作为溶剂，用反应釜为器皿，合成碳纳米颗粒的方法。水热法的优点是控制简单、过程容易，同时反应釜可以有效减少有机物的挥发。除此之外，不同的溶剂制得的碳量子点具有不同的性质。(9)燃烧法。燃烧法的优点是设备简单、操作过程容易，且可重复操作，缺点是很难控制粒径分布。Yuan等^[3]用乙醇燃烧器制备了碳纳米颗粒。