[发明专利]一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用，具体包括以下步骤：S1、将收集的食物废物进行洗涤、干燥，后用破壁机粉碎成粉末，得到粒径为200‑300目的食物废物粉末；S2、称取食物废物粉末溶于去离子水中，超声分散5‑15min，得到CQDs前驱液；S3、将前驱液转移至不锈钢水热反应釜中进行水热反应；S4、将得到的水热反应产物过滤后透析46‑50h，后冷冻干燥至粉末，得到食物废物衍生碳量子点。本发明原料来源广泛且环保，实现了废物的增值利用，生物毒性小，且制备方法简单，制得的碳量子点可用作Ru(bpy)3²⁺的阳极共反应剂，此外，掺杂氮元素后，改性的碳量子点具备了电化学活性，可作为电化学标签应用于传感器的构建。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体的是一种食物废物衍生碳量子点的制备方法及应用。

背景技术

碳量子点(CQDs)作为一种新型的零维碳纳米材料，因其具有良好的生物相容性、水溶性、化学稳定性、低毒性、高电导率和光致发光等特性，在生物成像、生物传感器等领域有着广泛的应用前景，成为绿色纳米技术中最具有研究活力和发展潜力的一类纳米材料。

CQDs的制备方法通常可分为自上而下法和自下而上法。自上而下合成法主要是将碳骨架彻底粉碎而生成CQDs的方法，而自下而上法则是以柠檬酸、糖类和不饱和聚酯等分子作为前驱体(碳源)来合成CQDs的方法。近年来，以可再生性生物质为碳源，通过水热法为主的自下而上法合成CQDs的方法因其成本低、环境友好和可批量生产等优点而被认为是具有潜力的CQDs合成途径。现有技术中，多利用丰富的有机资源如糖类和植物源生物质合成CQDs，但没有基于食物废物(包括厨余垃圾及食物不可食用部分)的增值制备方法。

此外，由于出色的光致发光特性，良好的生物相容性及低生物毒性，CQDs多作为荧光探针和荧光标签用于生物传感器和生物成像。然而，已有研究表明，以有机酸作为碳源合成的CQDs表面的含氧官能团赋予其ECL阳极共反应物的性质，对三联吡啶钌[Ru(bpy)₃²⁺]的ECL信号有令人满意的增强效果。而三丙胺作为目前使用最广泛的共反应剂，面临着易挥发、用量多以及具有毒性等缺陷。此外，传统氮掺杂改性手段通常是提高CQDs荧光强度，稳定性和功能化的有效手段。鲜有探索和研究改性CQDs电学性质相关报道。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种食物废物衍生碳量子点的制备方法，该食物废物衍生碳量子点可作为三联吡啶钌(Ru(bpy)₃²⁺)阳极共反应剂，氮元素掺杂改性食物废物衍生CQDs具有更优异的电化学活性，可作为电学传感器信号标签，此发明方法具有绿色环保，价格低廉，操作简单，能耗低，可批量生产的优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种食物废物衍生碳量子点的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、将收集的食物废物进行洗涤、干燥，后用破壁机粉碎成粉末，得到粒径为200-300目的食物废物粉末；

S2、称取食物废物粉末溶于的去离子水中，超声分散5-15min，得到CQDs前驱液；

S3、将前驱液转移至不锈钢水热反应釜中进行水热反应；

S4、将得到的水热反应产物过滤后透析46-50h，后冷冻干燥至粉末，得到食物废物衍生碳量子点。

进一步优选地，所述步骤S3中水热反应在160-300℃条件下进行2-24h。

一种食物废物衍生碳量子点在电致化学发光领域的应用，食物废物衍生碳量子点由上述制备方法制得，食物废物衍生碳量子点用作Ru(bpy)₃²⁺的阳极共反应剂。