[发明专利]一种生物基碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物基碳点及其制备方法和应用，将1~3份天然多糖、2~6份磺酸功能化离子液体和3~9份聚乙二醇在水中混合均匀，于160~240℃下水热反应6~18小时，经纯化、冷冻干燥后得生物基碳点。将天然多糖转化为高附加值碳点，在磺酸功能化离子液体与聚乙二醇协同作用下，采用一步水热法合成的碳点荧光量子产率高、发光强度强、稳定性好，具有在近红外区响应的上转换发光性质，将离子液体磺酸功能化，可进一步引入硫原子，氮、硫元素掺杂可用于制备高光致发光的生物基碳点,引入聚乙二醇可以增加生物基碳点的表面缺陷和官能团，使其具有明亮、稳定的发光性能和良好的水分散性能，可选择性检测Cr(VI)离子。

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，具体涉及一种生物基碳点及其制备方法和应用。

背景技术

碳点作为一种优良的新型荧光碳纳米材料，由于具有高导电性、大比表面积，良好的生物相容性、低毒性、寿命长等优点，而受到人们广泛关注。目前合成碳点的方法有消解大体积碳源的“自上而下法”和热解有机分子和聚合物的“自下而上法”。“自下而上法”中小分子前驱体通过可控热解或者微波辅助等方法，经过化学反应生成CDs；“自上而下法”借助物理或化学方法，从大尺寸碳结构(石墨烯、碳纳米管等)上切割或刻蚀下来小尺寸量子点，包括激光剥离、电弧放电、水热法和电化学氧化法等。但是，以石墨烯为基础的前体非常昂贵，如果用块状石墨制备，则需要几天时间并产生大量有毒化学物质，此外，高压-高温下采用强酸处理才能将石墨烯强有序的结构分解成小尺寸的CDs，且需要严格的后处理工艺，过程复杂。天然多糖是一种绿色、自然、廉价、可持续和可再生的碳源，可用于大规模生产CDs。离子液体(ILs)不仅是一种可溶解天然多糖的“绿色溶剂”，且大多数ILs具有含氮的阳离子或无机含异质原子的阴离子，使其成为用于制备光致发光掺杂CDs的理想分子前驱体。但是，离子液体价格昂贵，单独使用制备碳点成本较高。

作为一种新型的碳纳米材料，与传统的半导体量子点相比，碳点所具备的独特优势使其在化学传感器、生物传感器、生物成像、纳米医学等领域已有广泛的应用。而且碳点作为电子供体和受体可诱导化学发光和电化学发光，使其也可以应用于光电子学、催化和超级电容器等领域。

综上所述，研发一种成本低、制备方法简单且应用价值高的生物基碳点具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中制备碳点的碳源和前驱体价格昂贵、成本高及制备工艺复杂的问题，本发明提供了一种生物基碳点及其制备方法和应用，将天然多糖转化为高附加值碳点，在磺酸功能化离子液体与聚乙二醇协同作用下，采用一步水热法合成的碳点荧光量子产率高、发光强度强、稳定性好，具有在近红外区响应的上转换发光性质，可选择性检测Cr(VI)离子。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物基碳点，通过以下方法制备得到：将1~3份天然多糖、2~6份磺酸功能化离子液体和3~9份聚乙二醇在水中混合均匀，于160~240℃下反应6~18小时，经纯化、冷冻干燥后得生物基碳点；

所述的份数为重量份。

优选地，所述的天然多糖为纤维素、木质素、甲壳素、壳聚糖、淀粉、卡拉胶及其衍生物中的一种以上。

优选地，所述的聚乙二醇的分子量为400~2000。

本发明中，所述的生物基碳点的制备方法为，将1~3份天然多糖、2~6份磺酸功能化离子液体和3~9份聚乙二醇在水中混合均匀，于160~240℃下反应6~18小时，经纯化、冷冻干燥后得生物基碳点。

优选地，所述的反应温度为200℃，反应时间为12小时。

优选地，所述的纯化方法为离心洗涤沉淀3~4次，收集上清液，经微孔滤膜过滤后，转移至透析袋中透析。

优选地，所述的离心条件为：转速10000~15000rpm，时间5min；所述的透析条件为：透析袋截留分子量500，透析72h。