[发明专利]一种以生物质为前驱体的绿色荧光碳量子点的制备和应用

说明书

本发明公开一种以生物质为前驱体的绿色荧光碳量子点的制备和应用，属于荧光纳米材料制备技术领域。所述的制备方法，包括如下步骤：1）称取一定量新鲜生物质材料，剪切成小块，置于研钵中研磨处理，加水混匀，超声后取出汁液；2）取一定体积汁液和乙二胺混合，转入高压反应釜中，加热反应；3）反应后的溶液高速离心，去除不溶物沉淀，取上清液，置于透析袋中透析24h，冷冻干燥得到绿色荧光碳量子点，用超纯水溶解得绿色荧光碳量子点水溶液。本发明具有原料易得，成本低廉，工艺简单，绿色环保等优点，且所得的荧光碳量子点分散性好、粒度均匀，具有良好的稳定性，可用于酸性磷酸酶的检测，还可以适用于生物成像、光电转化、以及催化等领域。

技术领域

本发明涉及一种以生物质为前驱体的绿色荧光碳量子点的制备和应用，属于荧光纳米材料制备技术领域。

背景技术

碳量子点（carbon quantum dots，CQDs）是粒径小于10 nm的环境友好型的一类荧光纳米材料，主要由碳元素组成，不含有重金属元素，具有良好的水溶性、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，有望代替传统的量子点而被应用到医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等许多的领域，应用前景较好。

近年来，科学家们希望找到制备较为简便、造价更为低廉的方法来制备性能优异且高荧光量子产率的碳量子点，并将其应用于医学、生命科学、光电学等领域。最近研究表明碳量子点的粒径与表面特征对其性质有至关重要的影响。小粒径的碳量子点比表面积大，表面发光位点也较多。因此小粒径的碳量子点发光强于大粒径的碳量子点，进一步表明碳量子点发光是与表面相关的。另外，表面含有大量含氮基团的碳量子点具有良好的水溶性且易于实现进一步功能化。因此，荧光碳量子点具有独特的物理和化学性质，在磁学、电学、光学、催化和化学传感以及生物医学等方面具有广阔的应用前景。

碳量子点的诸多性能主要取决于所选用的合成原料、纳米材料的内部结构及表面活性，其中表面活性是决定碳量子点性能的主要因素。而碳量子点功能化是用于改善碳量子点性能的最佳方法，目前主要是通过表面修饰和掺杂元素两种方法来实现。

本发明以荷叶生物质为前驱体，采用简单的一步水热法制备水溶性的绿色荧光碳量子点。碳量子点在制备合成过程中，对设备环境要求不高、方法简单、速度快捷，以及其所选用的反应物都是绿色、安全的，对其应用普及具有推动作用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术问题，提供一种毒性低、生物相容性好、成本低、制备工艺简单以及绿色环保的荷叶生物质为前驱体制备绿色荧光碳量子点的方法，适于大规模批量生产。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，选择绿色环保的生物质材料荷叶为前驱体在研钵中研磨至均匀，取出汁液，加入乙二胺的混合，转入高压反应釜中加热反应后，溶液高速离心，取出上清液置于透析袋中透析，得到绿色碳量子点。

本发明所述的一种以生物质为前驱体制备绿色荧光碳量子点方法，包括如下步骤：1）称取生物质材料---新鲜荷叶33g，剪切成小块，置于研钵中研磨至均匀，加水100 mL搅匀，超声后取出汁液；

2）取15 mL汁液和5 mL乙二胺混合，转入高压反应釜中，180 ℃加热反应12 h；

3）反应后的溶液15,000 rpm高速离心15 min，去除不溶物沉淀，取上清液，置于透析袋中透析24h，将所得碳量子点进行真空冷冻干燥为粉末，制备的粉末用超纯水溶解得到绿色荧光碳量子点水溶液，所述荧光碳量子点平均粒径为2.92±0.30 nm。制备的绿色荧光碳量子点的粒径分布均匀，表面富含氧、氮元素官能团，激发波长分别位于366 nm，发射波长位于509 nm。

如需得到绿色碳量子点固体粉末，将置于冷冻干燥箱中冷冻干燥，即可得到，得固体粉末可避免造成发光中心的破坏。

生物质材料如步骤1)主要选择绿色植物荷叶、蔬菜和绿色草本植物。