[发明专利]一种生物质氮掺杂碳点的制备方法及其产物和应用

说明书

本发明的目的是为了解决现有的碳点制备方法中存在的技术问题，而提出一种生物质氮掺杂碳点的制备方法，包括如下步骤：(1)使糖酸类化合物与二胺类化合物接触反应，制得碳点分散溶液；(2)对步骤(1)得到的碳点分散溶液进行成品处理，得到所述生物质氮掺杂碳点。本发明方法不仅大大简化了碳点的制备方法，还很大程度的上的提高了生物质原材料到碳点的转化率，使其实现产业化生产的可能性更大。本发明制备的碳点颗粒形态好，粒径均匀，用于荧光打印中，在日光下没有任何痕迹，在紫外灯下可观察到清晰打印图形。

技术领域

本发明属于碳量子点技术领域，涉及一种生物质氮掺杂碳点的制备方法，及其产物和在荧光打印方面的应用。

背景技术

荧光半导体量子点已经在生物成像、细胞标记、反应追踪、电子成像等多个领域得到了广泛应用，但其带来的重金属污染是不可避免的。因此自从21世纪初ClemsonUniversity的科学家首次研发制出一种新型碳纳米材料——碳量子点 (CQDs)，碳量子点在细胞标记等生物领域开始有越来越广泛的应用。并与传统的半导体量子点相比，碳量子点拥有低毒性、光稳定性、生物兼容性等优良特性，因此在生物成像、分析检测、光催化剂、防伪标识等多方面有广阔应用。同时生物质材料作为可再生无污染资源，作为碳源有较大的优势，因此生物质材料在碳量子点制备方面有广阔的应用。现有的碳量子点方法有激光销蚀法、电化学法、弧光放电法等自上而下的合成方法以及化学氧化法、模板法、热分解法等自下而上的合成方法。水热法是在特制的密闭反应器里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得难溶或不溶的物质溶解在水中。在制备碳点反应中不需要其他化学试剂，较为绿色环保。

近年来，基于生物质基质的碳量子点制备吸引了人们的注意，越来越多的生物质基质在制备碳点上得到了更加广泛和深入的开发与利用。但目前存在的生物质基碳点大都存在转化率低、产量低等问题。选择具有羧基结构的糖酸类化合物作为碳源，糖酸类化合物包括海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、葡萄糖酸等，来源广泛、价格低廉，并且反应可以达到接近百分之百的转化率。因此本实验选择以来自糖酸类化合物为碳源原材料，在绿色环保的水热处理条件下，制备得到具有荧光性能的碳量子点，工艺流程极为简单、制作成本低、绿色环保。不仅为废旧生物质资源利用提供一条新的途径并且为制备碳量子点提供一种新的思路。伴随着信息化时代的不断发展，信息传递过程中的真伪辨别引起了人们的重视，将低成本高产量的生物质碳点用于荧光墨水，很好的解决了这个问题，为今后荧光防伪材料的发展提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的碳点制备方法中存在的技术问题，而提出一种碳点的绿色制备方法，本发明方法不仅大大简化了碳点的制备方法，还很大程度的上的提高了生物质原材料到碳点的转化率，使其实现产业化生产的可能性更大。本发明制备的碳点为具有氮掺杂的生物质碳点，其用于荧光打印中，在日光下没有任何痕迹，在紫外灯下可观察到清晰打印图形。

根据本发明的一个方面，提供了一种生物质氮掺杂碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)使糖酸类化合物与二胺类化合物接触反应，制得碳点分散溶液；

(2)对步骤(1)得到的碳点分散溶液进行成品处理，得到所述生物质氮掺杂碳点。

根据本发明的一些实施方式，所述糖酸类化合物的质量与二胺类化合物的体积之比为(1-4)g：(1-8)mL，优选为(2-3)g：(5-6)mL。

根据本发明的优选实施方式，所述碳酸类化合物包括海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和葡萄糖酸中的至少一种，优选为海藻酸钠。

根据本发明的一些实施方式，所述二胺类化合物包括乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺和己二胺中的至少一种，优选为乙二胺。

根据本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中的反应温度为150-210℃，优选为180-190℃。