以玉米芯為碳源一步合成熒光碳點的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于熒光碳點的合成技術領域，具體涉及一種以玉米芯為碳源一步合成熒 光碳點的方法。
【背景技術】
[0002] 碳納米材料主要包括石墨烯、富勒烯、碳納米管、碳納米纖維和納米金剛石。最近， 熒光碳點由于擁有毒性低、生物相容性好、化學穩定性高、光學穩定性優良和激發發射相關 性等特點受到了化學家和材料科學家的廣泛關注，這些優點使得熒光碳點和傳統的半導體 量子點及普通的熒光染料具有實質的區別，并使得熒光碳點在生物標記和成像、光催化、光 電設備和生物傳感器等方面擁有潛在的應用。目前，人們已經提出多種方法來制備熒光碳 點，主要包括弧光放電法、激光銷蝕法、電化學氧化法、水熱法、微波法和超聲法等，然而，這 些方法有的需要苛刻的合成條件，有的需要消耗大量的時間和金錢，有的需要復雜的后處 理過程，有的產率較低或者需要使用大量的強酸和有毒的化學試劑。因此，開發簡單、高效、 經濟和綠色的方法合成熒光碳點非常必要而且具有深遠的意義。
[0003]目前，一些天然原材料已經成功應用于熒光碳點的合成，如選用一些食材(綠茶、 豆漿、姜、紅薯、面粉、橘子和香蕉汁）作為碳源，但是這些碳源都存在一定的局限性，無法完 成工業上的大規模生產。利用一些日常生活和自然廢棄物等未充分利用的資源來合成熒 光碳點可以達到變廢為寶的效果，眾所周知，廢棄的玉米芯由纖維素、半纖維素和木質素組 成，不僅大量存在于自然界，而且價格低廉。
【發明內容】
[0004] 本發明解決的技術問題是提供了一種以玉米芯為碳源一步合成熒光碳點的方法， 該方法以玉米芯為碳源，分別通過水熱法、微波法、超聲法和直接碳化法合成了熒光碳點， 合成過程操作簡單，避免了使用昂貴的儀器、有毒試劑和高溫反應條件。
[0005] 本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，以玉米芯為碳源一步合成熒光碳 點的方法，其特征在于：將經過預處理的玉米芯、乙二胺和去離子水混合均勻后并分別通過 水熱法、微波法和超聲法加熱反應制得熒光碳點或者將經過預處理的玉米芯直接煅燒制得 熒光碳點，具體步驟為：（1)取經過粉碎、洗滌和烘干的玉米芯、乙二胺和去離子水混合均 勻后置于高壓反應釜中于180-200°C反應5_7h得到棕黃色溶液，其中玉米芯的質量與乙二 胺的體積之比為1:15,將得到的棕黃色液體置于離心機中于12000r/min的離心速率離心 lOmin并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，得到熒光碳點；（2)取經過粉碎、洗滌和烘干后的 玉米芯、乙二胺和去離子水于反應容器中混合均勻后置于微波爐中于800W的功率加熱反 應6-8min，其中玉米芯的質量與乙二胺的體積之比為1:15,反應產物用去離子水溶解后置 于離心機中于12000r/min的離心速率離心lOmin并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，得到 熒光碳點；（3)取經過粉碎、洗滌和烘干后的玉米芯、乙二胺和去離子水于反應容器中混合 均勻后于50-70°C超聲反應7-10h得到淡黃色溶液，其中玉米芯的質量與乙二胺的體積之 比為1:15,將得到的淡黃色液體置于離心機中于12000r/min的離心速率離心lOmin并通 過孔徑為〇. 2ym的濾膜過濾，得到熒光碳點；（4)取經過粉碎、洗滌和烘干后的玉米芯于 300-350°C煅燒4-6h得到黑色固體，得到的黑色固體加去離子水形成懸濁液后置于離心機 中于12000r/min的離心速率離心lOmin并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，得到熒光碳點。
[0006] 本發明的原料廉價易得，合成方法簡單，反應條件溫和，操作簡單，避免了使用有 毒試劑，制得的熒光碳點不僅可以直接用作熒光探針檢測物質的含量，而且可以用于生物 標記和成像、光催化、光電設備和生物傳感器等方面的研究。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明實施例4制得的熒光碳點的透射電鏡圖，圖2是本發明實施例4制 得的熒光碳點的XRD圖譜，圖3是本發明實施例4制得熒光碳點的紅外光譜圖，圖4是本發 明實施例4制得的熒光碳點的XPS(：1；3譜，圖5是本發明實施例4制得的熒光碳點的XPSNls 譜，圖6是本發明實施例4制得的熒光碳點的13C核磁共振碳譜，圖7是本發明玉米芯通過 水熱法、微波法和超聲法加熱反應制得熒光碳點的反應方程式圖，圖8是本發明玉米芯直 接煅燒制得熒光碳點的反應方程式圖。
【具體實施方式】
[0008] 以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本 發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發 明的范圍。
[0009] 實施例1 分別取經過粉碎、洗滌和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去離子水10mL攪拌均勻 并置于50mL高壓反應釜中，分別于100°C、120°C、150°C、180°C、190°C和200°C反應6h得 到棕黃色溶液，將得到的棕黃色溶液置于離心機中于12000r/min的離心速率離心lOmin 并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，所得的濾液定容于100mL容量瓶，使用熒光分光光度計 (FP-6500型熒光光譜儀，日本分光公司）分別測定所得溶液的熒光強度，結果見表1。
[0010] 表1水熱反應溫度對熒光碳點合成的影響_
由表1可知隨著水熱反應溫度的升高，所得的熒光碳點的熒光強度逐漸增強，當反應 溫度為190°c時達到最大，溫度高于190°C所得溶液的熒光強度反而下降，這是由于升高溫 度有助于玉米芯的碳化，然而過高的溫度可能導致碳點表面基團的脫落，影響熒光碳點的 熒光強度，因此選擇190°C為最佳的水熱反應溫度。
[0011] 實施例2 分別取經過粉碎、洗滌和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去離子水10mL攪拌均 勻并置于50mL高壓反應釜中，于190°C分別反應2h、4h、5h、6h、7h和10h得到棕黃色溶液， 將得到的棕黃色溶液置于離心機中于12000r/min的離心速率離心lOmin并通過孔徑為 0. 2ym的濾膜過濾，所得的濾液定容于100mL容量瓶，使用熒光分光光度計（FP-6500型熒 光光譜儀，日本分光公司）分別測定所得溶液的熒光強度，結果見表2。
[0012] 表2水熱反應時間對熒光碳點合成的影響
由表2可知隨著反應時間的延長，水熱反應逐漸趨于完全，當反應時間為6h時，熒光強 度達到最大，因此選擇最佳的水熱時間為6h。
[0013] 實施例3 分別取經過粉碎、洗滌和烘干的玉米芯0.lg，分別加入乙二胺0mL、0. 5mL、l.OmL、 1. 5mL和2.OmL，然后再加入去離子水10mL，攪拌均勾后置于50mL高壓反應爸中，于190°C 反應6h得到棕黃色溶液，將得到的棕黃色溶液置于離心機中于12000r/min的離心速率離 心lOmin并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，所得的濾液定容于100mL容量瓶，使用熒光分 光光度計（FP-6500型熒光光譜儀，日本分光公司)分別測定所得溶液的熒光強度，結果見表 3〇
[0014] 表3乙二胺用量對熒光碳點合成的影響
由表3可知當加入乙二胺的用量為1. 5mL時，所合成的熒光碳點的熒光強度達到最大， 因此選擇乙二胺的最佳用量為1. 5mL。
[0015] 實施例4 分別取經過粉碎、洗滌和烘干的玉米芯0.lg、乙二胺1. 5mL和去離子水10mL攪拌均勻 并置于50mL高壓反應釜中，于190°C分別反應6h得到棕黃色溶液，將得到的棕黃色溶液置 于離心機中于12000r/min的離心速率離心lOmin并通過孔徑為0. 2ym的濾膜過濾，所得 的濾液定容于l〇〇mL容量瓶，同時分別以玉米芯和乙二胺按照上述步驟進行空白實驗，使 用熒光分光光度計（FP-6500型熒光光譜儀，日本分光公司)分別測定所得溶液的熒光強度， 結果見表4。