[发明专利]一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用

说明书

本发明属于荧光碳纳米材料技术领域，具体是一种氮掺杂碳量子点的制备方法，包括以下制备步骤：1)将蔗糖和乙醇胺置于玻璃容器中，加入三次水，充分搅拌，超声，得到澄清溶液；2)将步骤1)得到的澄清溶液放入聚四氟乙烯水热釜的内胆中反应，得到反应液；3)将步骤2)得到的反应液冷却至室温，抽滤，离心，用滤膜过滤，透析，得到透析液；4)将步骤3)得到的透析液浓缩，真空干燥，得到氮掺杂碳量子点固体粉末。本发明制备出的水溶性氮掺杂碳量子点具有良好的水溶性、激发发射可调、荧光稳定、生物相容性好、量子产率高的优点,在生物成像、荧光探针以及光催化等领域具有很好应用前景。

技术领域

本发明属于荧光碳纳米材料技术领域，特别涉及一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用，具体是一种氮掺杂的荧光碳量子点的制备方法及在光催化领域中的应用。

背景技术

碳量子点作为一种新型的发光材料，与传统的半导体量子点和有机染料相比,具有碳材料毒性小、生物相容性好等优点，而且具有发光范围可调，双光子吸收截面大、荧光量子产率高、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价廉易于大规模合成等优点,其在物医学领域尤其是在细胞、活体的动态示踪和成像中的应用已经表现出巨大的潜力,目前已经受到关注。作为新型准零维碳纳米材料，碳量子点具有很好的量子限域效应、表面效应、尺寸效应等优越性质,使之在荧光探针生物检测、生物传感、生物分析、生物医学、光电转换及光催化等领域体现出重要的价值。

2004年Xu等在用电弧放电法分离单壁碳纳米管时偶然发现了能够发光的碳纳米颗粒即碳量子点，自此，碳量子点开始成为研究人员们关注的一个热点。虽然碳量子点具有很多优良特性，但不足的是，目前所合成出的碳量子点存在着荧光量子产率不高、活性位点相对较少、选择性较差等问题，这些缺陷严重限制了碳量子点的广泛应用。

近年来的研究发现碳量子点内部的石墨烯结构经化学掺杂异原子后，整个共轭平面的电荷密度和带宽能隙会得到有效调节，从而改变电子的流动密度和跃迁方式，进而实现对其理化性能(荧光量子产率、光学性质、反应活性、催化性能等)的调整并拓展了碳量子点的应用范围。基于此，研究制备工艺简单，原料来源广泛、量子产率高以及适合规模化生产的碳量子点制备方法，仍然是急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氮掺杂碳量子点的制备方法及应用，本发明的制备方法工艺简单环保，对设备要求低，适合规模化生产，本发明方法制备得到的氮掺杂碳量子点量子产率高，在光催化领域具有很好应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种氮掺杂碳量子点的制备方法，包括以下制备步骤：

1)将蔗糖和乙醇胺置于玻璃容器中，加入三次水，充分搅拌，超声，得到澄清溶液，所述三次加水量总和为使得蔗糖的质量浓度为60g/L，所述蔗糖与乙醇胺的质量体积比为1.5g:0.3-3ml；

2)将步骤1)得到的澄清溶液放入聚四氟乙烯水热釜的内胆中，在140-200℃下反应2-14小时，得到反应液；

3)将步骤2)得到的反应液冷却至室温，抽滤，离心，用滤膜过滤，透析，得到透析液；

4)将步骤3)得到的透析液浓缩，真空干燥，得到氮掺杂碳量子点固体粉末。

本发明中，所述蔗糖的质量浓度的计算为：蔗糖的重量除以全部物质的体积(即三次加水量的体积、蔗糖体积和乙醇胺体积总和)。

优选地，本发明所述蔗糖与乙醇胺的质量体积比为1.5g:1.5ml。在这个质量体积比下，制备得到的荧光碳量子点相对量子产率最高，同时荧光强度最强。

优选地，本发明步骤2)中，所述的水热反应温度为200℃，反应时间为5小时。

优选地，本发明步骤3)中，抽滤的方式为采用布氏漏斗抽滤，滤纸是中速的定性滤纸。