一種碳點的合成方法與流程

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種碳點的合成方法。

背景技術：

碳點是一種尺寸小于10nm的分散的類球形的新型的熒光碳納米材料。由于其具有生物相容性、無毒性、多色熒光性和熒光穩定性等優良的性能，以及在生物標記、生物成像、藥物載體和熒光探針等領域的良好應用前景，已經引起了越來越多研究者的興趣。

近年來，隨著經濟的快速發展，一些研究者開展了碳點制備方法的研究，其碳點的合成方法有很多種，一般可分為兩類：自上而下合成方法和自下而上合成方法。前者是由較大的碳骨架上剝落下來碳顆粒，包括電弧放電法、激光法、電化學法等；后者則是直接以較小碳顆粒進行修飾、鈍化，最終合成CDs，包括基于灰的氧化、腐蝕法、熱解有機物法、微波合成法等。目前大多數CDs的制備過程操作復雜，使用的碳源成本較高，制備過程中使用酸或堿等化學試劑或溶液，易造成環境污染。

前期的熱解法制備碳點的研究中，利用高溫熱解前驅體碳化形成碳點，所制備的碳點熒光量子產率雖高，但多為油溶性，限制了碳點的在水相中的應用。

目前，通過某些合成方法制備的碳點熒光量子產率(Fluorescence quantum yields,QYs)較低。而且，碳元素是世界上最重要的元素之一，用于合成碳點的碳源各種各樣，碳源從復雜難以獲得朝著易得、安全、環保方向發展。碳點的合成方法也向步驟少、操作簡單、合成條件晃達到等方向發展。

因此，如何尋求廉價的碳源并利用簡單、綠色的方法制備CDs成為該領域的研究熱點。目前，對于利用可再生和環境友好等性能特點的碳源來制備碳點的報道不多，因此合成一種綠色的，污染較小的碳點材料是具有十分重要的現實意義的。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種碳點的合成方法，以黃豆為碳源，水為溶劑，合成方法簡單、廉價、綠色，所得碳點具備良好的熒光性能和光穩定性。

本發明提供的一種碳點的合成方法，包括以下步驟：

A、將磨碎烘干后的黃豆煅燒，煅燒后的灰分冷卻至室溫后，研磨成粉末；

B、將粉末與二次蒸餾水混合，超聲后離心，獲得上清液；

C、上清液用濾膜過濾，濾液純化，即得碳點。

步驟A中所述磨碎是指將黃豆磨碎至粒徑為0.4—0.7cm；所述烘干是指35—55℃下烘干50—80min。

進一步的，步驟A中所述煅燒具體為:300-400℃下煅燒60-100min；優選的，在350℃下煅燒80min。

步驟A中所述粉末過400-600目的篩網進行篩選，粉末的細度是23—38微米。

步驟B中，粉末與二次蒸餾水的混合比例為1:70-100g/mL。優選的為1:100g/mL。

步驟B中所述超聲，功率是80W，超聲時間為55-65min；優選的為60min。

步驟B中所述離心是指9000r/min速度下離心25—30min，優選的在9000r/min速度下離心30min。

步驟C中所述濾膜為0.22μm微孔濾膜。

步驟C中所述純化具體為：將濾液在8000—9000r/min速度下離心25—30min，將所得離心液放入3000Da透析袋中透析3.5—4.5h；優選為透析4h。

本發明中，以黃豆為碳源，建立了一種簡便、廉價、綠色的碳點(Carbon dots,CDs)合成方法。經過探索，控制煅燒的溫度在300-400℃，煅燒60-100min，獲得碳點；由于增加熱解的時間，黃豆碳化的程度更高，但熱解過長時間，黃豆完全轉化為碳，導致熒光強度反而減小。溫度低黃豆碳化的程度也較低；而溫度較高，黃豆就會完全轉化為碳，其表面上的官能團就會減少，從而降低了其水溶性。因此，在350℃下煅燒80min是最佳條件。另外，本發明采用0.22μm的濾膜，效果更好，制備的碳點具備良好的熒光性能和光穩定性。

與現有技術相比，本發明提供的方法合成的碳點具備良好的熒光性能和光穩定性，且制備過程中所使用的溶劑只有水，碳源采用黃豆，廉價易得，合成方法簡單、成本低，綠色無污染。

附圖說明

圖1為實施例1制備的CDs的高分辨率透射圖；

圖2A為400℃不同熱解時間制備CDs的發射光譜；

圖2B為3500℃不同熱解時間制備CDs的發射光譜；

圖2C為300℃不同熱解時間制備CDs的發射光譜；

圖2D為熱解80min，不同溫度下制備CDs的發射光譜。

具體實施方式

實施例1

一種碳點的合成方法，包括以下步驟：

A、將黃豆研磨碎粒徑至0.4—0.7cm；然后，50℃下烘干60min后，放入坩堝置于馬烘爐中，在350℃下煅燒80min，待煅燒后的灰分冷卻至室溫，將其研磨成粉末，過500目的篩網進行篩選，粉末的細度是30微米。

B、取0.5g粉末于錐形瓶,加入50ml的二次蒸餾水混合搖勻，放入80W功率的超聲儀中超聲60min。超聲完成后，于高速離心機中以9000r/min速度離心30min，得上清液；

C、將上層清液用濾膜(0.22μm)過濾,將濾液在9000r/min速度下離心25min，將所得離心液放入3000Da透析袋中透析4h后得到CDs。

通過高分辨率透射電鏡對CDs的形貌進行分析,如圖1所示。由圖1可知，CDs為球形，粒徑小于10nm,且分布較為均勻。

實施例2

將研磨碎且烘干后的黃豆放入坩堝置于馬烘爐中，分別在400℃，350℃，300℃下煅燒60min，80min，100min,其他實驗條件同實施例1，將得到的CDs溶液置于100mL容量瓶中定容，在激發波長為340nm處，測其熒光發射光強度。CDs制備條件的優化結果如圖2A、圖2B、圖2C和圖2D所示。從圖2A、圖2B、圖2C可以看出，CDs的熒光強度隨著熱解時間的增加而先增大后減小，這是由于增加熱解的時間，黃豆碳化的程度更高，但熱解過長時間，黃豆完全轉化為碳，導致熒光強度反而減小。從圖2D可以看出，熱解溫度對CDs的熒光強度影響很大，溫度低黃豆碳化的程度也較低；而溫度較高，黃豆就會完全轉化為碳，其表面上的官能團就會減少，從而降低了其水溶性。綜合熱解的溫度和時間對CDs熒光強度的影響(見表1)可以得出，最佳熱解溫度為350℃，熱解時間為80min。

表1不同熱解溫度和時間對CDs熒光強度的影響

實施例3

一種碳點的合成方法，包括以下步驟：

A、將黃豆研磨碎粒徑至0.4—0.7cm；然后，50℃下烘干60min后，放入坩堝置于馬烘爐中，在350℃下煅燒80min，待煅燒后的灰分冷卻至室溫，將其研磨成粉末，過400目的篩網進行篩選，粉末的細度是38微米。

B、取0.5g粉末于錐形瓶,加入40ml的二次蒸餾水混合搖勻，放入80W功率的超聲儀中超聲56min。超聲完成后，于高速離心機中以8000r/min速度離心30min，得上清液；

C、將上層清液用濾膜(0.22μm)過濾,將濾液置于離心機中離心，將所得離心液放入3000Da透析袋中透析4.5h后得到CDs。