[发明专利]一种喷雾热解制备碳化聚合物量子点的方法

说明书

本发明公开一种喷雾热解制备碳化聚合物量子点的方法，将碳源和其他源分散于溶剂中获得前驱体溶液，将溶液预热后进行雾化，雾化液滴进入已经被加热的管式炉腔中；在管式炉腔另一端通过粉尘收集装置进行收集，得到碳化聚合物量子点；本发明方法通过瞬时高温直接快速获得碳化聚合物量子点，具有较小的粒径，且该方法流程简单、制取方便、产量高、纯度高、掺杂元素的种类和含量灵活可控等，适于进行连续化生产，解决了现有方法制备效率低、产量少，难以规模化制备的缺点。

技术领域

本发明涉及一种喷雾热解制备碳化聚合物量子点的方法，属于新材料和纳米材料制备技术领域。

背景技术

碳化聚合物量子点是一种新型零维碳基材料，其尺寸直径小于10nm，具有荧光性能，可以作为传统半导体量子点的理想替代品。碳化聚合物量子点将量子点的光学特性与碳材料的电子特性结合起来，因此表现出诸多优点，例如化学稳定性，生物相容性，优异的水溶性和彩色光致发光性。

广泛来讲，碳化聚合物量子点有两种制备方法：“自上而下”的切割和“自下而上”的合成。“自上而下”的制备方法主要涉及通过氧化和剥落的过程切割具有完美的sp²碳结构的碳基材料，例如碳棒、碳纤维、碳纳米管、石墨粉、炭黑等。但“自上而下”的制备方法相对复杂，且合成效率低，大多数产品都是混合物，含有一定量残留的碳棒、碳纤维、碳纳米管等。“自下而上”的方法侧重于富含羟基、羧基、氨基或其他活性基团的分子或聚合物的交联反应，并涉及聚合和碳化在粒子形成中起着至关重要的作用。“自下而上”的方法可以很好地控制碳化聚合物量子点的大小和形状，以及杂原子掺杂，从而使碳化聚合物量子点具有理想的性能和广泛的适用性。

“自下而上”的方法通常包括化学合成法，水热法以及溶剂热法等方法。其中水热法是最为广泛的制备方法，水热法通过高温高压的环境，从而使小分子的碳团聚或聚合成大分子的碳量子点，还可以在反应釜中引入其他元素进行修饰。专利CN112028053A中提到将碳源、氮源和硼源溶于水中形成水溶液，置于高压反应釜中在160℃～240℃反应较长时间得到含有聚合物碳量子点的溶液，后续再经过离心，过滤等一系列操作将碳点进一步纯化才能得到最终产物，该发明实验过程较为繁琐，且存在未反应完的一些杂质无法通过离心、过滤将其完全去除。专利CN111517303A中提到将碳源、氮源、溶剂一起放入高压反应釜中，反应12个小时后将得到的碳点溶液进行柱层析、旋转蒸发干燥获得碳点粉末，该发明中无论是水热反应时间、柱层析时间还是旋转蒸发干燥时间都比较长，生产效率不高。可见，目前制备量子点的方法都普遍存在工艺流程复杂、制备效率低下以及得到产品纯度不高等缺点。针对这些问题，本发明创造性的采用喷雾热解法来制备碳化聚合物量子点，将原料制备成前驱液，雾化后通过高温石英管快速反应生成聚合物量子点，该反应时间可在短时间内快速完成，极大地缩短了碳化聚合物量子点的制备流程，提高了单位时间内碳化聚合物量子点的产量。

发明内容

为解决现有制备碳化聚合物量子点技术实验过程繁琐，产量过少的不足，本发明提供了一种碳化聚合物量子点的制备方法，该方法流程简短，生产成本低廉，制取方便，且一次能获得较多的碳点。

本发明所提供的技术方案如下：

一种喷雾热解制备碳化聚合物量子点的方法，具体步骤如下：

(1)将碳源分散于溶剂中获得前驱体溶液；

(2)将步骤(1)的溶液预热后通过超声雾化装置进行雾化，以液滴的形式进入已经被加热的炉腔体中；

(3)在炉腔另一端通过粉尘收集装置进行收集，得到碳化聚合物量子点。

步骤(1)碳源可以用柠檬酸、葡萄糖、果糖等。

步骤(1)前驱体溶液中碳源浓度不小于0.05mol/L，溶剂为水或者有机物，有机物为乙醇等。