[发明专利]碳量子点及其制备方法

说明书

本申请涉及量子点领域，具体而言，涉及一种碳量子点及其制备方法。该方法包括将苯胺与第一溶液反应，得到苯胺盐；将苯胺盐与第二溶液聚合反应，得到聚苯胺；对聚苯胺进行分段热处理实现石墨化处理。通过化学氧化聚合法对苯胺单体聚合过程进行改性，在聚合过程中加入一种或几种过渡金属盐，可以使过渡金属盐与亚胺基团配体，从而在苯胺聚合物的链上会同时存在过渡金属元素和卤族元素，从而获得素改性的苯胺‑金属聚合物。进一步地，通过分段热处理工艺路线，得到具有多孔结构的氮掺杂石墨烯碳材料。该方法操作简单方便，实用性强，使用的原材料价格低廉，毒性较低，简化了材料制备工艺。

技术领域

本申请涉及量子点领域，具体而言，涉及一种碳量子点及其制备方法。

背景技术

量子点(QDs)是一种细化的纳米材料，要求材料的尺寸在三个维度都要小于100nm。由于尺寸较小，量子点表现特殊的尺寸效应、表面效应、量子隧道效应以及介电限域效应，这些特殊的效应使量子点在生物医学、能源材料、发光显示等领域都有巨大的应用价值。

与传统的半导体量子点和有机染料相比，发光碳量子点(CQDs)具有高水溶性、强化学稳定性、易于功能化、抗光漂白性、优异的生物特性、良好的生物相容性，在生物医学(生物成像、生物传感、药物传输等)有潜在的应用前景。同时，碳量子点具有优良的光电性质，既可以作为电子给体又可以作为电子受体，这使得它在光电子、催化和传感等领域有广泛的应用价值。

碳量子点拥有优异的可调控的PL特性：无论是改变其粒径大小、表面化学性质、激发波长、所在溶液的pH值，还是对其掺杂其他元素(比如N、S)等，均可能导致碳量子点出现红移或蓝移。在化学掺杂元素中，氮元素在调节碳材料的内部性质和在发掘新现象方面有着举足重轻的地位，氮掺可以使导带中的电子以及费米能级上移。

但是，碳量子点在制备及应用上仍然存在许多难题。目前碳量子点通常通过自上而下和自下而上的方式制备。自上而下是指碳量子点从大尺寸的碳靶剥离或粉碎而形成的；自下而上则是指碳量子点是由分子前驱体制备。自上而下制备方式应用范围更为广泛些，但是这些方法制备碳量子点反应时间长，生产成本高，不适合大规模的应用。还有碳量子点材料结构难以精确控制等问题，这些都限制了碳量子点光电领域的应用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种碳量子点及其制备方法，其旨在提供一种新的合成碳量子点的方法，降低氮掺碳量子点材料合成制备过程的复杂性，提供一种可以规模生产并降低成本的方法。

第一方面，本申请提供一种碳量子点的制备方法，包括：

将苯胺与第一溶液反应，得到苯胺盐；其中，第一溶液为过渡金属盐和卤族元素强氧化性酸的混合液；

将苯胺盐与第二溶液聚合反应，得到聚苯胺；其中，第二溶液为引发剂和卤族元素强氧化性酸的混合液；

对聚苯胺进行分段热处理：首先加热脱除卤素元素，然后升温发生脱氢环化反应；之后继续升温进行石墨化处理。

在本申请的其他实施例中，上述将苯胺与第一溶液反应的步骤中：按照第一溶液中的过渡金属盐与苯胺的摩尔比在(1：3)～(1:30)范围内进行反应；

可选地，将苯胺盐与第二溶液聚合反应的步骤中：按照苯胺与第二溶液中的引发剂的体积比在(1：1)～(1:10)范围内进行反应；

可选地，引发剂选自过氧化氢或者过硫酸钾中的任意一种。

在本申请的其他实施例中，上述将苯胺与第一溶液反应的步骤，包括：

将苯胺与第一溶液混合，超声处理20～60min。

在本申请的其他实施例中，上述将苯胺盐与第二溶液聚合反应的步骤，包括：

将苯胺盐的溶液滴加到第二溶液中，搅拌反应。