CN103992794A - 一种回收固体碳量子点的方法 - Google Patents

Abstract

一种回收固体碳量子点的方法，本发明属于纳米材料技术领域，解决目前碳量子点的制备方法存在碳量子点固体团聚和回收难的技术问题。技术方案是：先用溶剂热法热解有机物制备出碳量子点，然后加入胺类试剂进行修饰，在高压反应釜中加热到180～200℃并保温，获得氨基修饰碳量子点。在氨基修饰碳量子点溶液里加入适量二甲基甲酰胺溶剂，室温下放置一段时间后，溶液中的碳量子点进行自组装获得固体碳量子点。本发明用于制备回收固体碳量子点，具有无毒环保，制备操作简单，原材料价格低廉，得到的固体碳量子点水溶性好，光致发光特性优异的优点。

Description

一种回收固体碳量子点的方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及碳量子点的制备方法，具体涉及一种通过自组装回收固体碳量子点的方法。

背景技术

碳量子点由于其良好的水溶性和光致发光特性，并且低毒性，发射波长和激发波长可调控，易于表面修饰，在生物检测、标记、传感器、催化、药物载体、光学等诸多领域备受青睐。

碳量子点的制备方法基本可分为2种：一是从上至下法，即用块体碳源(如石墨、炭黑)制备碳量子点；另一种是从下至上法，即用有机分子作为碳源制备碳量子点。但是，这些方法得到的碳量子点均是分散在水或有机试剂中。由于碳量子点尺寸仅有几纳米，表现出了大的比表面和极高的活性，所以通过加热蒸发去除水或有机试剂后，碳量子点极易发生团聚且很难再打破，不仅无法再分散在溶剂中，还会严重影响碳量子点的物理化学性能。迄今为止，尚未有一种有效方法得到碳量子点的固体粉末产品。

碳量子点团聚很难打破的原因在于颗粒表面之间形成了类似共价键的强作用力，使其再溶于溶剂中很难再恢复到原来分散状态。另外，由于原有碳量子点的空间电荷分布发生了变化，所以导致原有性质也发生了改变。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种回收固体碳量子点的方法，解决目前碳量子点的制备方法存在碳量子点固体团聚和回收难的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种回收固体碳量子点的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤是：

(1)向密闭容器中加入乙二醇、或丙二醇、或丙三醇多元醇有机试剂，按密闭容器体积的25～50％加入多元醇有机溶液，加热到150～200℃保温5～12h，制备出碳量子点；

(2)把制备好的碳量子点放入密闭容器中，同时按碳量子点体积的2～6％加入乙二胺、或1,3-丙二胺、或1,4-丁二胺，将混合液加热到180～200℃并保温5～12h，获得所需的氨基修饰碳量子点；

(3)在室温下，将氨基修饰碳量子点与N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按1～10:20的体积比混合，通过超声或搅拌使溶液混合均匀，且混合均匀的溶液pH值控制在11.5～12.5之间。

(4)将上述混合均匀的透明溶液放置在-10～35℃的温度下保温3～10天，保证Salen反应发生完全，得到白色固体碳量子点沉淀。

(5)去除上清液，将固体颗粒加热到30～60℃保温2～6h，得到干燥的白色固体碳量子点颗粒；扫描电镜表明碳量子点组装成了棒状结构。

本发明与现有技术相比，本发明提出了一种回收固体碳量子点快速有效的方法，首先让碳点表面的氨基与N-N-二甲基甲酰胺(DMF)发生Salen(席夫碱)反应，形成链接碳量子点的席夫碱。链接碳量子点的席夫碱会与碳量子点表面未有席夫碱修饰的部分发生静电吸附，导致自组装行为发生并形成固体沉淀从DMF溶剂中析出。本发明得到的碳量子点粉末可以再分散在水性溶剂和其它有机溶剂中，而不影响其碳量子点的性能。

本发明解决了碳量子点固体团聚和回收的难题，具有无毒环保，制备操作简单，原材料价格低廉，得到的固体碳量子点水溶性好，光致发光特性优异的优点。

附图说明

图1是一种回收固体碳量子点方法的流程图；

图2是本发明实施例1中回收的白色固体碳量子点粉末；

图3是本发明实施例1中回收的白色固体碳量子点粉末在365nm紫外灯照射下发光情况的照片；

图4是本发明实施例1中没有组装时碳量子点的透射电镜(TEM)照片；

图5是本发明实施例1中没有组装时碳量子点的光致发光谱(发射光谱图的激发波长为365nm)；

图6为本发明实施例1中制备得到的碳量子点的扫描电镜(SEM)照片；

图7为本发明实施例1中制备得到的固体碳量子点再溶于溶剂(水)中的TEM照片；

图8为本发明实施例1中制备得到的固体碳量子点的光致发光谱，其中：

A是氨基修饰碳点原液的荧光谱图，B是等体积氨基修饰碳点原液析出的固体颗粒溶解在等体积水中的荧光谱图(发射光谱图的激发波长为394nm)，内嵌图为溶液B在日光和紫外灯下的照片。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例，将结合附图在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

实施例1：

如图1所示，一种回收固体碳量子点的方法，按以下步骤实现自组装回收固体碳量子点：

(1)向密闭容器中加入乙二醇有机溶剂，按密闭容器体积的50％加入乙二醇溶液，加热到200℃保温5h，制备出碳量子点；

(2)把制备好的碳量子点放入密闭容器中，同时按碳量子点体积的6％加入乙二胺，将混合液加热到180℃并保温5h，获得所需的氨基修饰碳量子点；

(3)在室温下，将氨基修饰碳量子点与N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按5:20的体积比混合，通过超声或搅拌使溶液混合均匀，且混合均匀的溶液pH值控制在11.5左右。

(4)将上述混合均匀的透明溶液放置在25℃的温度下保温10天，保证Salen(席夫碱)反应发生完全，得到白色固体碳量子点沉淀。

(5)去除上清液，将固体颗粒加热到30℃保温6h，得到干燥的白色固体碳量子点颗粒。

本实施例可以简单有效的直接回收固体碳量子点，该固体粉末呈白色(见图2)，在365nm紫外灯照射下具有很强的荧光(见图3)。对未组装时的碳量子点溶液进行透射电镜检测，碳纳米颗粒均匀分散(见图4、5)。对固体碳量子点粉末进行扫描电镜检测，该碳量子点呈棒状实心结构(见图6)。将固体颗粒溶解在水中进行透射电镜检测，碳纳米颗粒重新均匀分散(见图7、8)。

实施例2

(1)向密闭容器中加入丙三醇有机溶剂，按密闭容器体积的25％加入乙二醇溶液，加热到180℃保温8h，制备出碳量子点；

(2)把制备好的碳量子点放入到密闭容器中，同时按碳量子点体积的2％加入1,3-丙二胺，将混合液加热到200℃并保温6h，获得所需的氨基修饰碳量子点；

(3)在室温下，将氨基修饰碳量子点与N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按1:20的体积比混合，通过超声或搅拌使溶液混合均匀，且混合均匀的溶液pH值控制在12.5左右。

(4)将上述混合均匀的透明溶液放置在-10℃的温度下保温3天，保证Salen(席夫碱)反应发生完全，得到白色固体碳量子点。

(5)去除上清液，将固体颗粒加热到60℃保温2h，得到干燥的白色固体碳量子点颗粒。

实施例3

(1)向密闭容器中加入丙二醇有机溶剂，按密闭容器体积的40％加入乙二醇溶液，加热到150℃保温12h，制备出碳量子点；

(2)把制备好的碳量子点放入到密闭容器中，同时按碳量子点体积的4％加入1,4-丁二胺，将混合液加热到190℃并保温12h，获得所需的氨基修饰碳量子点；

(3)在室温下，将氨基修饰碳量子点与N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按10:20的体积比混合，通过超声或搅拌使溶液混合均匀，且混合均匀的溶液pH值控制在12.0左右。

(4)将该透明溶液放置在35℃的温度下保温5天，保证Salen(席夫碱)反应发生完全，得到白色固体碳量子点。

(5)去除上清液，将固体颗粒加热到40℃保温4h，得到干燥的白色固体碳量子点颗粒。

本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种回收固体碳量子点的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤是：

(1)向密闭容器中加入乙二醇、或丙二醇、或丙三醇多元醇有机试剂，按密闭容器体积的25～50％加入多元醇有机溶液，加热到150～200℃保温5～12h，制备出碳量子点；

(2)把制备好的碳量子点放入密闭容器中，同时按碳量子点体积的2～6％加入乙二胺、或1,3-丙二胺、或1,4-丁二胺，将混合液加热到180～200℃并保温5～12h，获得所需的氨基修饰碳量子点；

(3)在室温下，将氨基修饰碳量子点与N-N-二甲基甲酰胺，按1～10:20的体积比混合，通过超声或搅拌使溶液混合均匀，且混合均匀的溶液pH值控制在11.5～12.5之间。

(4)将上述混合均匀的透明溶液放置在-10～35℃的温度下保温3～10天，保证Salen反应发生完全，得到白色固体碳量子点沉淀。

(5)去除上清液，将固体颗粒加热到30～60℃保温2～6h，得到干燥的白色固体碳量子点颗粒；扫描电镜表明碳量子点组装成了棒状结构。