[发明专利]一种碳量子点和碳纳米球同时制备的方法及其产品

说明书

本发明公开了一种碳量子点和碳纳米球的同时制备方法，是采用葡萄糖和氢氧化钠为原料，通过一步法简单水热法同时合成获得碳量子点和碳纳米球，与此同时而无需加入任何表面活性剂、分散剂或者模板，实现了绿色、节能制备且有效避免废液产生。本发明合成工艺、设备简单，成本低、效率高，反应周期短，重复性好，制备的碳量子点直径为5‑15nm，碳纳米球直径为100～300nm，产品不含副产物或废液，工业化应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种碳量子点和碳纳米球的制备方法及其产品，尤其涉及一种无需加入任何表面活性剂、分散剂或者模板同时制备碳量子点和碳纳米球的方法及其产品；属于纳米材料制备领域。

背景技术

碳素材料目前已逐渐证实在硬度、光学特性、耐热性纳米碳材料、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性、导电性、表面与界面特性等方面比其它材料优异，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性，如最硬－最软，绝缘体－半导体－良导体，绝热－良导热，全吸光－全透光等，因此碳素材料在各领域具有广泛的用途。

在众多碳材料当中，具有代表性的一种碳材料是碳量子点，碳量子点是一种新型的碳基零维材料，具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，自从碳量子点被首次发现以来，人们开发出了许多合成方法，包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学合成法、化学氧化法、燃烧法、水热合成法、微波合成法、模板法等(郭振振,唐玉国,孟凡渝,李力,杨大威.荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展[J].中国光学,2018,11(03):431-443.)。随着对于碳量子点更加深入的研究，人们在它的合成，性能和应用方面的研究都取得了很大的进展。同时，碳量子点的原料来源广泛，制备成本也比较低，在材料制备领域有很大的优势；在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域也有较好的应用前景(黄轲轲.荧光碳量子点材料制备方法专利技术综述[J].冶金与材料,2018,38(05):187+189.)。

除量子点外，碳纳米球也是众多碳材料家族中比较有代表性的一种，由于其具有高密度、高强度、高比表面积以及在锂离子电池、催化剂载体、金属氧化物空心模板方面具有广泛的应用前景，已经引起许多研究人员的开发兴趣。(李赛赛,梁峰,李发亮,王军凯,宋健波,张海军.葡萄糖水热炭化制备单分散炭微球的工艺优化研究[J].耐火材料,2017,51(01):32-36.)。

目前关于碳量子点或者碳纳米球的制备方法主要有水热法，化学气相沉积，热解法以及模板法，这些方法均可以制备出高质量的碳量子点或者碳纳米球，但是却存如下不足：一制备中需要有表面活性剂、分散剂或者模板的引入(比如模板法、热解法)，二不能实现大规模量产(化学气相沉积)，三获得的产品单一且制备时产生大量废液(常规水热)，造成污染和浪费。基于此，开发同时合成碳量子点和碳纳米球，且制备过程中无需加入任何表面活性剂、分散剂或者模板，并可实现大规模同时生产的方法具有重要意义。经检索，目前相关制备方法鲜见报道。

发明内容

针对现有技术中有关碳量子点和碳纳米球制备方法的不足，本发明要解决的问题是提供一种碳量子点和碳纳米球同时制备的方法及其产品。

本发明所述碳量子点和碳纳米球同时制备的方法，步骤是：

(1)称取葡萄糖，将其溶于去离子水中，搅拌溶解后加入氢氧化钠，继续搅拌溶解完全后加入到水热反应釜中，填充度控制在反应釜容积的60％～80％；然后密封反应釜，将其放入烘箱中，加热反应；

(2)反应结束后自然冷却至室温，取出反应釜，将釜内黑褐色溶液倒入离心管中离心产生上层溶液及底部沉淀；

(3)将上层溶液转入离心管中，并在液氮作用下迅速冷冻，然后将冷冻后的样品进行冷冻干燥，即获得具有荧光的碳量子点；

(4)将下层沉淀重新用去离子水分散，再利用微孔滤膜抽滤，产物用去离子水洗涤至中性，经干燥即获得碳纳米球；

其特征在于：