CN102745669A - 光致发光碳量子点的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光致发光碳量子点的制备方法，通过对大豆经榨取豆浆后的固体残留物进行干燥脱水，置入电热鼓风干燥箱内加热碳化，获得碳量子点的粗产物；将碳量子点粗产物进行研磨，过筛，并分散在去离子水中，搅拌均匀，静置，离心，将得到含有碳量子点的水溶液进行蒸发，冷冻干燥至粉末状，从而最终获得光致发光碳量子点。采用本发明的方法制备光致发光碳量子点，使用家用豆浆机获取豆渣为原料，原料来源广泛，通过低温加热碳化制备，操作简单，成本低，收率高，制备工艺设备简易，且可在极短时间内完成操作，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及化学及纳米材料科学领域，尤其是一种光致发光碳量子点的制备方法。
背景技术
量子点(Quantum Dots，QDs)，通常是指半径小于或接近激光波尔半径的半导体纳米晶体，是具有独特的光特性和电特性的纳米尺寸粒子。作为一种纳米荧光材料，与传统的有机染料分子相比具有光化学稳定性强，激发光谱宽，且连续分布，且发光颜色可调等优点，在发光器件，生物标记、生物检测和生物传感器等领域均有应用价值。然而，传统的半导体量子点均由高毒性的金属元素组成，因此具有不可逾越的缺陷，人体健康和环境污染问题一直备受关注，从而限制了其广泛的应用。
近年来，继碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石之后，碳纳米材料家族诞生了一位新成员—碳量子点（Carbon Quantum Dots，或称为碳点），其核心为粒径为小于10nm的碳纳米颗粒，由于具有良好的荧光性能、优异的生物相容性、无毒和易于表面功能化，有望作为传统半导体量子点的替代物，逐渐成为光致发光领域内的研究热点。目前碳量子点的制备方法很多，如申请号为201110049051.X的发明专利公开了一种碳量子点的制备方法，包括以下步骤:将干燥植物茎秆放入管式电加热炉中加热,同时通过管式电加热炉的空气导入管通入空气,反应生成的烟气通过烟气导出管导入水槽中,可得烟炱；将上述得到的烟炱加入到硝酸溶液中进行回流酸煮,把反应溶液的pH值调整为6～8,除去水后得到固体产物;然后与聚乙二醇以质量比为3:2～1在去离子水中混合,再离心,即可得到碳量子点。现有技术中制备碳量子点的方法，所制备的碳量子点多是羧基修饰的，工艺步骤繁琐，需要昂贵的工艺设备，并且成本高，收率低，难以规模化生产推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以豆渣为原料，只需要通过简单的步骤和设备即可制得具有光致发光性能的碳量子点的方法。
为解决上述问题，本发明的一种光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）收集大豆经榨取豆浆后的固体残留物，至于烘箱中干燥，脱去水分，再经研磨得到豆渣粉末；
2）将步骤1）中得到的豆渣粉末置入电热鼓风干燥箱内加热碳化，加热温度为200℃，加热时间20～40min，获得碳量子点的粗产物；
3）将步骤2）中得到的碳量子点粗产物进行研磨，并经200目筛子过筛，获得碳量子点粗产物的粉末；
4）将上述碳量子点粗产物的粉末分散在去离子水中，并搅拌均匀，室温条件下静置60min，然后以4000rpm转速离心10min，得到含有碳量子点的水溶液；
5）将步骤4）得到的水溶液进行蒸发，得到浓缩液；
6）将上述浓缩液进行冷冻干燥至粉末状，从而最终获得光致发光碳量子点。
所述步骤1）中的固体残留物，通过家用豆浆机对大豆榨取豆浆后过滤获取。
所述步骤1）中的干燥温度为80℃。
所述步骤5）中，将步骤4）得到的水溶液保留上清液置于旋转蒸发仪内进行蒸发，除去大部分水，得到浓缩液。
所述步骤6）中冷冻干燥的温度为-50℃。
采用本发明的方法制备光致发光碳量子点，使用家用豆浆机获取豆渣为原料，原料来源广泛，通过低温加热碳化制备，操作简单，成本低，收率高，制备工艺设备简易，且可在极短时间内完成操作，易于推广。
附图说明
图1为本发明方法制备出的碳量子点的高倍透射电镜图。
图2为本发明方法制备出的碳量子点的溶液在紫外灯下的荧光图。
图3为本发明制备出的碳量子点的溶液光致发光谱图。
图4为本发明制备出的碳量子点标记的NIH3T3细胞激光共聚焦图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
将大豆榨取豆浆后剩下的固体残余物，经80℃烘箱干燥脱出水分，再研磨至颗粒均匀的豆渣粉末，并均匀分散在玻璃培养皿中；将玻璃培养皿置入功率为850W的电热鼓风干燥箱的托盘中央进行加热，加热温度为200℃，加热时间20min，获得碳量子点粗产物；将碳量子点粗产物研磨，并经200目（200网孔/平方英寸）筛子过筛，获得较细的碳量子点粗产物粉末；将上述碳量子点粗产物粉末分散在盛有去离子水的烧杯中，并用玻璃棒强力搅拌均匀，室温条件（15～25℃）下静置60min，然后以4000rpm转速离心10min，保留上清液置入旋转蒸发仪内进行蒸发，除去大部分水，得到浓缩溶液，再经-50℃冷冻干燥至粉末状，最终获得具有光致发光性能的碳量子点，干燥条件下保存待用，产品收率约5%，粒径在2～6nm范围，量子产率8.2%；
实施例2：
将大豆榨取豆浆后剩下的固体残余物，经80℃烘箱干燥脱出水分，再研磨至颗粒均匀的豆渣粉末，并均匀分散在玻璃培养皿中；将玻璃培养皿置入功率为850W的电热鼓风干燥箱的托盘中央进行加热，加热温度为200℃，加热时间30min，获得碳量子点粗产物；将碳量子点粗产物研磨，并经200目筛子过筛，获得较细的碳量子点粗产物粉末；将上述碳量子点粗产物粉末分散在盛有去离子水的烧杯中，并用玻璃棒强力搅拌均匀，室温条件下静置60min，然后以4000rpm转速离心10min，保留上清液置入旋转蒸发仪内进行蒸发，除去大部分水，得到浓缩溶液，再经-50℃冷冻干燥至粉末状，最终获得具有光致发光性能的碳量子点，干燥条件下保存待用，产品收率约7%，粒径在2～9nm范围，量子产率6.3%；
实施例3：
将大豆榨取豆浆后剩下的固体残余物，经80℃烘箱干燥脱出水分，再研磨至颗粒均匀的豆渣粉末，并均匀分散在玻璃培养皿中；将玻璃培养皿置入功率为850W的电热鼓风干燥箱的托盘中央进行加热，加热温度为200℃，加热时间40min，获得碳量子点粗产物；将碳量子点粗产物研磨，并经200目筛子过筛，获得较细的碳量子点粗产物粉末；将上述碳量子点粗产物粉末分散在盛有去离子水的烧杯中，并用玻璃棒强力搅拌均匀，室温条件下静置60min，然后以4000rpm转速离心10min，保留上清液置入旋转蒸发仪内进行蒸发，除去大部分水，得到浓缩溶液，再经-50℃冷冻干燥至粉末状，最终获得具有光致发光性能的碳量子点，干燥条件下保存待用，产品收率约7.3%，粒径在3～12nm范围，量子产率5.6%。
本发明方法制备的光致发光碳量子点，表面含有羧基等大量有机官能团，易溶于水，荧光量子产率较高，可用于细胞成像。图2为玻璃瓶盛有碳量子点水溶液，左图至于日光灯下，右图至于紫外透射台上，经365nm波长激发后发出蓝色荧光。图4为碳量子点标记的NIH3T3细胞激光共聚焦图，其中(a)是405nm波长激发后的图片；(b)是488nm波长激发后的图片；(c)是543nm波长激发后的图片。
Claims (5)
1.一种光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）收集大豆经榨取豆浆后的固体残留物，置于烘箱中干燥，脱去水分，再经研磨得到豆渣粉末；
2）将步骤1）中得到的豆渣粉末置入电热鼓风干燥箱内加热碳化，加热温度为200℃，加热时间20～40min，获得碳量子点的粗产物；
3）将步骤2）中得到的碳量子点粗产物进行研磨，并经200目筛子过筛，获得碳量子点粗产物的粉末；
4）将上述碳量子点粗产物的粉末分散在去离子水中，并搅拌均匀，室温条件下静置60min，然后以4000rpm转速离心10min，得到含有碳量子点的水溶液；
5）将步骤4）得到的水溶液进行蒸发，得到浓缩液；
6）将上述浓缩液进行冷冻干燥至粉末状，从而最终获得光致发光碳量子点。
2.如权利要求1所述的光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的固体残留物，通过家用豆浆机对大豆榨取豆浆后过滤获取。
3.如权利要求2所述的光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的干燥温度为80℃。
4.如权利要求3所述的光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中，将步骤4）得到的水溶液保留上清液置于旋转蒸发仪内进行蒸发，除去大部分水，得到浓缩液。
5.如权利要求4所述的光致发光碳量子点的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中冷冻干燥的温度为-50℃。
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| GR01 | Patent grant |