[发明专利]一种含氮碳量子点及其制备方法

说明书

本发明涉及碳量子点制备技术领域，具体公开一种含氮碳量子点及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将碱性氨基酸、氮唑类化合物和过渡金属可溶性盐混合反应生成氨基酸类低共熔溶剂；将所述氨基酸类低共熔溶剂、木质素模型化合物及水进行水热反应，反应结束后经分离、冷冻干燥处理得所述含氮碳量子点。本发明提供的制备方法，绿色环保，成本低廉，原料利用率高，所得含氮碳量子点粒径均一，分散性好，光学性能稳定且催化活性高。

技术领域

本发明涉及碳量子点制备技术领域，尤其涉及一种含氮碳量子点及其制备方法。

背景技术

碳量子点因其独特的理化性质近年来受到了广泛的关注，作为一种新兴的碳材料，与传统量子点相比，碳量子点具有发光性能高、生物相容性好、低毒、低成本等特点，故在发光材料、生物材料具有广泛的应用前景。同时，由于碳点对不同波长光具有高效吸收效应，其在光电催化等领域能有效取代传统光学敏化材料。

然而，在目前碳量子点的制备过程中，仍存在成本高，原料利用率低，易对环境造成污染及碳量子点粒径不均一、分散性差和光学性能稳定性差等问题。因此，研发一种生产成本低、原料利用率高、对环境友好且性能优异的碳量子点及其制备方法具有重要的意义。

发明内容

针对现有碳量子点的制备过程存在的上述技术等问题，本发明提供一种含氮碳量子点及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种含氮碳量子点的制备方法，包括如下步骤：

S1：将碱性氨基酸、氮唑类化合物和过渡金属可溶性盐混合，加热反应直至生成均一透明的氨基酸类低共熔溶剂；

S2：将所述氨基酸类低共熔溶剂、木质素模型化合物及水进行水热反应，反应结束后经分离、冷冻干燥处理得所述含氮碳量子点。

相对于现有技术，本发明提供的含氮碳量子点的制备方法，以碱性氨基酸为氢键供体，以氮唑类化合物为氢键受体，以过渡金属可溶性盐为功能配体，通过熔融反应以氢键方式相结合得到化学稳定性良好的氨基酸类低共熔溶剂。将所得的氨基酸类低共熔溶剂与木质素模型化合物分别作为氮源和碳源，进行水热反应制备含氮碳量子点，通过掺氮来改善碳量子点粒径大小、颗粒分散性及荧光性能的同时，利用碱性氨基酸和过渡金属可溶性盐对碳量子点进行功能修饰，使碳量子点具有碱性功能基团和金属基团，极大提高了碳量子点的碱催化与金属催化的活性。此外，本发明选用原料毒性小，绿色环保，成本低廉，所得的氨基酸类低共熔溶剂本身具有较高的催化活性，与木质素模型化合物反应过程中同时作为反应介质和反应原料促进反应进行，有效提升原料的利用率，并改善碳量子点的粒径均一性。本发明所得的含氮碳量子点粒径均一，分散性好，光学性能稳定且催化活性高。

进一步地，所述碱性氨基酸、氮唑类化合物和过渡金属可溶性盐的物质的量之比为1～4:1～4:1～3，保证各组分彼此间通过氢键形成性能稳定的低共熔溶剂。

进一步地，所述碱性氨基酸为精氨酸、赖氨酸或组氨酸中的至少一种，作为氢键供体与氮唑类化合物和过渡金属可溶性盐形成氢键的同时，提供碱性基团对碳量子点进行功能修饰，改善催化活性。

进一步地，所述氮唑类化合物为苯甲二氮唑、苯骈三氮唑、1，2，4-三氮唑或4-氨基-4H-1,2,4-三唑中的至少一种，作为氢键受体与碱性氨基酸形成氢键的同时，与碱性氨基酸一起对碳量子点进行氮掺杂，改善碳量子点的粒径尺寸、颗粒分散性和荧光性能，且能够实现发光的调控。

进一步地，所述过渡金属可溶性盐为铜、锌、钴、或钛的氯化物，或所述氯化物的水合物，如CuCl₂、ZnCl₂、TiCl₄或CoCl₂·6H₂O，过渡金属可溶性盐中的富电子基团Cl与碱性氨基酸、氮唑类化合物中的H形成氢键的同时，赋予碳量子点金属基团，改善其催化活性。