一種用于可視化檢測重金屬離子的碳量子點的制備方法與流程

本發明涉及一種碳量子點的制備方法，確切講本發明涉及一種用于可視化檢測重金屬的碳量子點的制備方法。

背景技術：

碳量子點具有獨特的發光性質，碳量子點的發光具有尺寸和波長依賴性。目前熒光碳量子點的制備方法有水熱法、納米刻蝕法、電化學法、溶劑熱法、化學剝離碳纖維法、微波輔助法、溶液化學法等,參見:王嬌嬌,馮苗,詹紅兵.“石墨烯量子點的制備”[j].化學進展,2013,第1期。其中，水熱法是制備碳量子點材料的一種有效的方法。水熱反應過程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進行有關化學反應的總稱。水熱法選擇前驅體是一個重要的科學問題。目前，水熱法制備量子點所使用的大多數前驅體為有毒有害有機物前驅體，導致生產成本比較高和制備方法的不符合綠色環保，如何有效篩選低成本、綠色環保的前驅體材料是當前制備碳量子點的重要研究方向。

此外，由于碳量子點具有特殊的雙光子激發特性和上轉換功能，碳量子點應用在細胞成像、光電動力學、生化分析檢測以及污水中重金屬離子的檢測等諸多領域。其中，利用碳量子點的熒光性能檢測重金屬離子具有較好的潛在應用價值。由于多種重金屬離子的水溶液都為透明溶液，加入碳量子點后并沒有明顯的顏色變化，因此通常的手段是通過碳量子點加入前后的熒光性質變化來判斷重金屬離子的種類及濃度，因此，增加了檢測的復雜性，且成本過高。

基于以上研究背景和實際現狀，需要發展一種原料便宜、綠色環保的前驅體以制備碳量子點材料，特別是一種材料可用于高效快速的檢測水中的重金屬離子的碳量子點。

技術實現要素：

本發明提供一種可克服現有技術不足，其制備工藝簡單、低成本、綠色環保的能用于可視化檢測重金屬鉛或銅的熒光碳量子點的制備方法。

本發明的一種用于可視化檢測重金屬離子的碳量子點的制備方法是將l–半胱氨酸按質量比為0.017~0.117%溶于水中，然后在160~200℃進行充分反應，得到碳納米量子點水溶液。

優選地，本發明的可用于檢測重金屬離子的碳量子點的制備方法是在制備過程中，l–半胱氨酸與水的質量比為0.017～0.117%，優選質量比為0.05%。

進一步，本發明的可用于檢測重金屬離子的碳量子點的制備方法中，水熱反應溫度為190℃。

進一步，本發明的可用于檢測重金屬離子的碳量子點的制備方法中，反應時間為6小時。

在此配比、溫度及反應時間下能夠獲得發光強度最高的碳量子點材料,從而使其具備了更好的離子檢測性能。

本發明的方法制備出的碳量子點可用于重金屬離子的檢測，特別是用于cu²⁺離子或pb²⁺離子的可視化檢測。

本發明選取l–半胱氨酸作為前驅體，其原料單一、合成工藝簡單，合成溫度較低，成本低廉，綠色無污染，而且所得到的碳量子點水溶性好，可以直接用于cu²⁺離子或pb²⁺離子在水溶液中的可視化檢測，降低了檢測的復雜性以及成本。

附圖說明

圖1為本發明制備的碳量子點x射線衍射圖片

圖2是不同實例制備出的碳量子點的光致發光圖。

圖3為本發明制備的碳量子點水溶液中加入不同金屬離子溶液后發射光譜強度圖片

圖4為本發明制備的碳量子點水溶液中加入cu²⁺離子溶液前后本發明量子點溶液顏色對比照片，其中圖中左瓶為按上述實施例制備得到的純碳量子點溶液，圖中右瓶為在碳量子點溶液中滴加cu²⁺溶液后的照片。

圖5為本發明制備的碳量子點水溶液中加入pb²⁺離子溶液前后本發明量子點溶液顏色對比照片。

具體實施方式

制備實施例1

稱取0.0125gl-半胱氨酸及準確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；

將上述溶液轉入反應釜中，在190℃條件下反應6小時，將反應后的溶液收集起來即得到本發明的一種碳納米量子點水溶液。

檢測實施例1

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準確量取30ml去離子水于燒杯中，使其混合勻均；

將上述溶液轉入反應釜中，在190℃條件下反應6小時將反應后的溶液收集起來即為碳納米量子點水溶液。本發明所得碳量子點x射線衍射照片見圖1，本發明采用不同配比制備的碳量子點發射光譜強度圖片見圖2。

由以上實施例得到的碳量子點x射線衍射照片見圖1。圖2為實施例1和實施例2制備出的碳量子點的光致發光圖，由圖2可知實施例2的發光強度要高于實施例1；某些金屬離子與碳量子點表面的官能團的耦合會對量子點的光致發光產生淬滅效應，圖3是不同金屬離子分別加入碳量子點溶液后測得的光致發光圖，可以看出銅、鉛兩種離子的加入對碳量子點的發光有明顯的淬滅效應，這種效應也是一種檢測銅、鉛離子的方法。圖4和圖5分別是銅離子和鉛離子加入碳量子溶液前、后的對比圖，溶液顏色有了明顯的變化，這也是本專利所述的通過顏色變化，直觀的進行離子檢測的方法。

制備實施例2

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；將上述溶液轉入反應釜中，在190℃條件下反應6小時，將反應后的溶液收集起來即為本發明的另一種碳納米量子點水溶液。

在本實施例取所得到的量子點水溶液5ml分別滴加1mlna⁺、ag⁺、mg²⁺、k⁺、ca²⁺、fe²⁺、fe³⁺、pb²⁺、cu²⁺、hg²⁺離子溶液中，離子濃度均為20mmol/l，測其發射光譜強度，參見圖3。

檢測實施例2

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；

將上述溶液轉入反應釜中，在190℃條件下反應6小時，將反應后的溶液收集起來即為碳納米量子點水溶液。在本實施例取所得量子點水溶液3ml滴入2ml濃度為20mmol/l的cu²⁺溶液后的顏色變化參見附圖4。肉眼觀察可見，本實施例制備得到的純碳量子點溶液為透明無色液體，在其中滴加入cu²⁺溶液后迅速變為棕黃色。

制備實施例3

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；將上述溶液轉入反應釜中，在190℃條件下反應6小時，將反應后的溶液收集起來即得到本發明的第三種碳納米量子點水溶液。

檢測實施例3

取所得量子點水溶液3ml，加入2ml濃度為20mmol/l的pb²⁺溶液，肉眼即可觀察滴入pb²⁺溶液前后量子點是水溶液的顏色變化情況，參見附圖5。如圖所見，未滴入金屬離子溶液時碳量子點溶液呈透明無色液體，在滴加入pb²⁺溶液后即迅速變為灰色，且靜置時會有沉淀產生。