[发明专利]一种碳点材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳点材料及其制备方法和应用，所述碳点材料的制备方法包括如下步骤：使脂肪族化合物和芳香族化合物的混合溶液进行水热反应，过滤得到滤液，所述混合溶液中脂肪族化合物与芳香族化合物的浓度不低于其各自的饱和浓度；在0～5℃下对所述滤液进行沉淀，得到碳点材料。本发明通过提高反应过程中前体小分子的浓度来增加其在高温高压下分子间的碰撞效率，从而使其快速交联聚合，减少中间小分子杂质的产生，从而提高最终碳化成点的比例和纯度。最后通过低温下溶解度降低析出沉淀。操作简便快速，原料转化率高，杂质分子少。该方法制得的碳点材料具有高纯度、明确的主体分子结构；可以很好的维持传统低浓度方法下得到的碳点光学性质。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，特别涉及一种碳点材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳点是一类新型荧光碳材料，由于其出色的光学性能和良好的生物相容性，被视为是传统半导体量子点的潜在替代材料，近年来引起了科研工作者的广泛关注。相关技术已经报道了多种物理/化学方法来从各种碳源中制备碳点，其应用也覆盖传感、催化、能源、生物等领域。然而，碳点的主体分子结构和光致发光机理仍然是一个颇具争议的话题。这主要是因为在碳点的制备过程中往往会有大量副产物产生，这大大限制了对碳点荧光机理的理解和结构的表征，也更加阻碍了碳点的进一步发展。因此，为了更好地对其机理和结构进行探索，分离纯化是必不可少的。

目前，在碳点的制备过程中常用的分离纯化手段主要有：离心过滤、透析、柱层析、电泳等。离心过滤是一种利用在高速下产生的离心力来分离溶液中质量或密度不同颗粒的方法，该法可以有效去除反应中产生的大颗粒杂质，但对于一些小分子杂质不能有效去除。而透析则是通过使用半透膜从低分子量物质中分离出高分子量物质的方法。在碳点的透析过程中，可以选用合适的截留分子量半透膜来将小分子杂质从中剔除去，分离效率较高，但在实际操作过程中往往也会有大量的碳点流失，导致最终产率低下，不适应大规模纯化。作为有机化学中常用的分离方法，柱层析法也可以利用碳点、小分子间极性的差异将其进行分离。该法虽然可以有效地对碳点进行纯化，但操作复杂，需要配制合适的洗脱剂，且难以快速完成对碳点的提纯；此外，电泳法也是碳点纯化中常用的一种方法，它是利用粒子间所带电荷不同，从而在同一电场下移动距离不同来实现对产物的分离，该法可以实现对不同粒径碳点的分离，但操作较为复杂，不利于大规模进行。总的来说，上述这些分离纯化方法还存在着许多缺点，且主要是在化学反应形成碳点后进行分离，分离效率低下。如何快速、低成本、高效的实现碳点的纯化仍然是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种碳点材料的制备方法，能够快速获取高纯度、高产率的粉末状碳点材料，提高碳点材料的纯度，减少副产物的产生。

同时，本发明还提供制备方法得到的碳点材料及其应用。

具体地，本发明采取的技术方案为：

本发明的第一方面是提供一种碳点材料的制备方法，包括如下步骤：

使脂肪族化合物和芳香族化合物的混合溶液进行水热反应，反应结束后过滤得到滤液，所述混合溶液中脂肪族化合物与芳香族化合物的浓度不低于其各自的饱和浓度；

在0～5℃下对所述滤液进行沉淀，得到碳点材料。

根据本发明第一方面的碳点材料的制备方法，至少具有如下有益效果：