CN104030267A - 一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 - Google Patents
一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104030267A CN104030267A CN201410205305.6A CN201410205305A CN104030267A CN 104030267 A CN104030267 A CN 104030267A CN 201410205305 A CN201410205305 A CN 201410205305A CN 104030267 A CN104030267 A CN 104030267A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- acetylene
- product
- carbon point
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种石墨化荧光碳点的快速制备方法,是针对目前制备荧光碳点存在的弊端,不使用催化剂和掺杂剂,采用乙炔为碳源、氩气为载气,用化学气相沉积法快速制备石墨化荧光碳点,此制备方法工艺先进、迅速快捷、数据翔实精确,产物荧光碳点为棕黄色粉体颗粒,颗粒直径≤10nm,产物纯度好,达99.1%,产物晶格清晰,晶格间距为0.34nm,对应石墨的002晶面,石墨化程度高,导电性能优越,是十分理想的石墨化荧光碳点的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨化荧光碳点的快速制备方法,属碳纳米材料的制备及应用的技术领域。
背景技术
碳点Carbon dots,简称CDs,是一种单分散的形貌,类似球形的碳纳米材料,其粒径小于10nm,因其粒径小而表现出独特的尺寸效应,具有电学、光学和电化学性质,同时具有良好的水溶性、低毒、生物相容性特点,因此在材料科学、生物化学、电子器件及生物医学方面具有广阔的应用前景。
目前,碳点的制备方法较多,例如:电化学蚀刻法、激光蚀刻法、电弧放电法、微波法、热解法等,但大都使用的设备较昂贵,操作复杂,周期长,副产物污染严重,合成的碳点发光稳定性差,光学性质易受外部干扰,且发光单一,使碳点的制备和广泛应用受到很大局限。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况,采用乙炔气体为碳源,氩气为载气,采用化学气相沉积法快速制备石墨化荧光碳点,以减少污染,提高碳点的石墨化程度,达到快速环保制备的目的。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为:乙炔、氩气、无水乙醇、去离子水,其准备用量如下:以厘米3、毫升为计量单位
乙炔:C2H2 4800cm3±100cm3
氩气:Ar 120000cm3±100cm3
无水乙醇:CH3CH2OH 300mL±10mL
去离子水:H2O 100mL±10mL
制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
乙炔:气态气体 99.99%
氩气:气态气体 99.99%
无水乙醇:液态液体 99.7%
去离子水:液态液体 99.99%
(2)化学气相合成
石墨化荧光碳点的化学气相合成是在管式高温炉内进行的,是以乙炔为碳源、氩气为载气,在高温加热状态下完成的;
①将石英管置于管式高温炉内的道轨上,在石英管两端装入密封胶塞,确定左部为进气部位、右部为出气部位;
②石英管左部进气部位联接乙炔+氩气的混合气体箱,石英管右部出气部位联接产物冷却收集箱;
③开启管式高温炉的电阻加热器,使石英管内温度升至600℃±5℃时,向石英管内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min,输 入时间15min;
④管式高温炉继续升温至1000℃±5℃,调整氩气输入速度至700cm3/min;
开启乙炔气体瓶,向石英管内输入乙炔气体,乙炔气体输入速度80cm3/min,乙炔气体输入时间60min;
乙炔气体在高温加热、氩气载流状态下将发生化学形态转化效应,生成碳点,碳点产物随气体流动进入产物冷却收集箱,废气由出气部位排除;
碳点生成化学反应式如下:
式中:CDs:碳点
⑤关闭管式高温炉的电阻加热器,停止加热,同时关闭乙炔气体瓶,停止输入乙炔气体;调整氩气输入速度,为200cm3/min;
当石英管内温度降至300℃时,关闭氩气,停止输入氩气;使石英管随炉自然冷却至25℃;
⑥收集产物,打开产物冷却收集箱,收集箱内产物:碳点混合物;
(3)超声分散
①将碳点混合物置于烧杯中,然后加入无水乙醇300mL、去离子水100mL,成碳点混合液;
②将盛有碳点混合液的烧杯置于超声波分散仪中,进行超声分散;
③开启超声波分散仪加热器,加热烧杯及其内的碳点混合液,加热温度70℃±2℃;
④开启超声波分散仪,超声波频率40KHz,超声分散时间30min;
(4)抽滤
将超声分散后的碳点混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用三层中速定性滤纸进行抽滤,滤纸上留存滤渣,弃掉,碳点滤液收集于滤瓶中;
(5)滤膜过滤
将滤瓶内的混合溶液移至注射器内,用220nm的滤膜注射过滤,过滤后,保存滤液,弃掉滤膜和沉淀物;
(6)冷冻干燥
①将碳点滤液置于石英容器中,然后置于低温冰箱中快速冷冻,冷冻温度-80℃±2℃,冷冻时间30min;
②冷冻后,将石英容器及其内的碳点滤液置于冷冻干燥器中,进行冷冻干燥,干燥时间24h,干燥后得产物碳点;
(7)研磨
将冷冻干燥的碳点用玛瑙研钵、研棒进行研磨,研磨后为棕黄色粉体碳点,即荧光碳点;
(8)检测、分析、表征
对制备的荧光碳点的色泽、形貌、结构、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征;
用透射电子显微镜进行材料微观形貌和结构分析;
用傅里叶红外光谱分析仪进行表面官能团分析;
用紫外可见分光光度计进行光学性能分析;
用荧光光谱仪进行荧光性能分析;
结论:荧光碳点为棕黄色粉体颗粒,颗粒直径≤10nm,产物纯度99.1%,晶格清晰,晶格间距为0.34nm,对应石墨的002晶面,石墨化程度高,电性能优越;
(9)产物储存
制备的荧光碳点储存于棕色透明的玻璃容器内,密闭避光储存,要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对制备荧光碳点存在的弊端,采用乙炔气体为碳源、氩气为载气,用化学气相沉积法快速制备石墨化的荧光碳点,此制备方法工艺先进,迅速快捷,数据准确,产物荧光碳点为棕黄色粉体颗粒,颗粒直径≤10nm,产物纯度好,达99.1%,晶格清晰,晶格间距为0.34nm,对应石墨的002晶面,石墨化程度高,电性能优越,是十分理想的石墨化荧光碳点的制备方法。
附图说明
图1石墨化荧光碳点化学气相合成状态图
图2石墨化荧光碳点微观形貌和结构图
图3石墨化荧光碳点红外光谱图
图4石墨化荧光碳点紫外可见吸收光谱图
图5石墨化荧光碳点光致发光光谱图
图中所示,附图标记清单如下:
1、管式高温炉,2、电控箱,3、显示屏,4、指示灯,5、电源开关,6、电阻加热控制器,7、电阻加热器,8、石英管,9、第一堵塞,10、第二堵塞,11、乙炔瓶,12、乙炔管,13、乙炔阀,14、氩气瓶,15、氩气管,16、氩气阀,17、混合气体箱,18、气体表,19、混合气体,20、产物冷却收集箱,21、出气孔,22、出气管,23、出气阀,24、进气管,25、道轨,26、碳点。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明:
图1所示,为石墨化荧光碳点化学气相合成状态图,各部位置要正确,按量配比,按序操作。
制备使用的化学物质量值是按预先设置的范围确定的,以厘米3、毫升为计量单位。
石墨化荧光碳点的化学气相合成是在管式高温炉内进行的,是以乙炔气体为碳源、氩气为载气,在高温加热状态下完成的;
管式高温炉为卧式,管式高温炉1下部为电控箱2,在电控箱2上设有显示屏3、指示灯4、电源开关5、电阻加热控制器6;在管式高温炉1内中间位置设有电阻加热器7,在管式高温炉1的炉腔内底部设有道轨25,在道轨25上设置石英管8,石英管8左部由第一堵塞9堵住并密封,石英管8右部由第二堵塞10堵住并密封;在管式 高温炉1的左部设有乙炔瓶11、氩气瓶14,乙炔瓶11上部由乙炔管12、乙炔阀13联接混合气体箱17,氩气瓶14由氩气管15、氩气阀16联接混合气体箱17,混合气体箱17通过气体表18、进气管24、第一堵塞9向石英管8内输入混合气体19;在管式高温炉1的右部设有产物冷却收集箱20,产物冷却收集箱20上部通过出气阀23、出气管22、第二堵塞10联通石英管8,石英管8内的混合气体19在化学形态转换效应下生成荧光碳点26,并通过出气管22进入产物冷却收集箱20内,荧光碳点26沉积在产物冷却收集箱内底部,废气通过出气孔21排出。
图2所示,为石墨化荧光碳点微观形貌和结构图,从图中可知:碳点呈实心球形,粒径≤10nm,右图是碳点放大图,可以看出碳点晶格条纹排列规整,晶格间距为0.34nm,对应碳的002晶面,石墨化程度高,说明碳点具有较高的导电性,在电学方面具有潜在的应用价值。
图3所示,为石墨化荧光碳点红外光谱图,图中可知:1385cm-1和2928cm-1处的振动峰对应C-H弯曲振动,1636cm-1处对应C=O的不对称振动峰,而3386cm-1处的振动峰主要由O-H的伸缩振动引起,说明碳点表面含有O-H和COOH含氧官能团,具有水溶性。
图4所示,为石墨化荧光碳点紫外可见吸收光谱图,图中可知:碳点溶液在205nm、241nm和302nm处有三个吸收峰,图中的插图是碳点水溶液在365nm的紫外灯下的光学照片,可以看到碳点溶液发出明亮的蓝色。
图5所示,为石墨化荧光碳点光致发光光谱图,图中可知:用不同的激发波长240nm和420nm激发碳点得到系列光致发光光谱,当激发波长从240到420变化时,其432nm处的最大发射峰位置不变,只是强度有所变化,说明碳点具有激发波长不相关的光致发光特征,从图看出碳点的最佳激发波长为360nm。
Claims (2)
1.一种石墨化荧光碳点的快速制备方法,其特征在于:
使用的化学物质材料为:乙炔、氩气、无水乙醇、去离子水,其准备用量如下:以厘米3、毫升为计量单位
制备方法如下:
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选,并进行质量纯度控制:
(2)化学气相合成
石墨化荧光碳点的化学气相合成是在管式高温炉内进行的,是以乙炔为碳源、氩气为载气,在高温加热状态下完成的;
①将石英管置于管式高温炉内的道轨上,在石英管两端装入密封胶塞,确定左部为进气部位、右部为出气部位;
②石英管左部进气部位联接乙炔+氩气的混合气体箱,石英管右部出气部位联接产物冷却收集箱;
③开启管式高温炉的电阻加热器,使石英管内温度升至600℃±5℃时,向石英管内输入氩气,氩气输入速度200cm3/min,输入时间15min;
④管式高温炉继续升温至1000℃±5℃,调整氩气输入速度至700cm3/min;
开启乙炔气体瓶,向石英管内输入乙炔气体,乙炔气体输入速度80cm3/min,乙炔气体输入时间60min;
乙炔气体在高温加热、氩气载流状态下将发生化学形态转化效应,生成碳点,碳点产物随气体流动进入产物冷却收集箱,废气由出气部位排除;
碳点生成化学反应式如下:
式中:CDs:碳点
⑤关闭管式高温炉的电阻加热器,停止加热,同时关闭乙炔气体瓶,停止输入乙炔气体;调整氩气输入速度,为200cm3/min;
当石英管内温度降至300℃时,关闭氩气,停止输入氩气;使石英管随炉自然冷却至25℃;
⑥收集产物,打开产物冷却收集箱,收集箱内产物:碳点混合物;
(3)超声分散
①将碳点混合物置于烧杯中,然后加入无水乙醇300mL、去离子水100mL,成碳点混合液;
②将盛有碳点混合液的烧杯置于超声波分散仪中,进行超声分散;
③开启超声波分散仪加热器,加热烧杯及其内的碳点混合液,加热温度70℃±2℃;
④开启超声波分散仪,超声波频率40KHz,超声分散时间30min;
(4)抽滤
将超声分散后的碳点混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中,用三层中速定性滤纸进行抽滤,滤纸上留存滤渣,弃掉,碳点滤液收集于滤瓶中;
(5)滤膜过滤
将滤瓶内的混合溶液移至注射器内,用220nm的滤膜注射过滤,过滤后,保存滤液,弃掉滤膜和沉淀物;
(6)冷冻干燥
①将碳点滤液置于石英容器中,然后置于低温冰箱中快速冷冻,冷冻温度-80℃±2℃,冷冻时间30min;
②冷冻后,将石英容器及其内的碳点滤液置于冷冻干燥器中,进行冷冻干燥,干燥时间24h,干燥后得产物碳点;
(7)研磨
将冷冻干燥的碳点用玛瑙研钵、研棒进行研磨,研磨后为棕黄色粉体碳点,即荧光碳点;
(8)检测、分析、表征
对制备的荧光碳点的色泽、形貌、结构、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征;
用透射电子显微镜进行材料微观形貌和结构分析;
用傅里叶红外光谱分析仪进行表面官能团分析;
用紫外可见分光光度计进行光学性能分析;
用荧光光谱仪进行荧光性能分析;
结论:荧光碳点为棕黄色粉体颗粒,颗粒直径≤10nm,产物纯度99.1%,晶格清晰,晶格间距为0.34nm,对应石墨的002晶面,石墨化程度高,电性能优越;
(9)产物储存
制备的荧光碳点储存于棕色透明的玻璃容器内,密闭避光储存,要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀,储存温度20℃,相对湿度≤10%。
2.根据权利要求1所述的一种石墨荧光碳点的快速制备方法,其特征在于:
石墨化荧光碳点的化学气相合成是在管式高温炉内进行的,是以乙炔气体为碳源、氩气为载气,在高温加热状态下完成的;
管式高温炉为卧式,管式高温炉(1)下部为电控箱(2),在电控箱(2)上设有显示屏(3)、指示灯(4)、电源开关(5)、电阻加热控制器(6);在管式高温炉(1)内中间位置设有电阻加热器(7),在管式高温炉(1)的炉腔内底部设有道轨(25),在道轨(25)上设置石英管(8),石英管(8)左部由第一堵塞(9)堵住并密封,石英管(8)右部由第二堵塞(10)堵住并密封;在管式高温炉(1)的左 部设有乙炔瓶(11)、氩气瓶(14),乙炔瓶(11)上部由乙炔管(12)、乙炔阀(13)联接混合气体箱(17),氩气瓶(14)由氩气管(15)、氩气阀(16)联接混合气体箱(17),混合气体箱(17)通过气体表(18)、进气管(24)、第一堵塞(9)向石英管(8)内输入混合气体(19);在管式高温炉(1)的右部设有产物冷却收集箱(20),产物冷却收集箱(20)上部通过出气阀(23)、出气管(22)、第二堵塞(10)联通石英管(8),石英管(8)内的混合气体(19)在化学形态转换效应下生成荧光碳点(26),并通过出气管(22)进入产物冷却收集箱(20)内,荧光碳点(26)沉积在产物冷却收集箱内底部,废气通过出气孔(21)排出。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410205305.6A CN104030267B (zh) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | 一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410205305.6A CN104030267B (zh) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | 一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104030267A true CN104030267A (zh) | 2014-09-10 |
CN104030267B CN104030267B (zh) | 2015-10-28 |
Family
ID=51461299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410205305.6A Active CN104030267B (zh) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | 一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104030267B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106206957A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-12-07 | 太原理工大学 | 一种用碳点做阴极缓冲层的太阳能电池板的制备方法 |
CN108837156A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-20 | 河北师范大学 | 一种碳点载药体系的制备方法 |
CN112456471A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-09 | 郑州轻工业大学 | 以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法 |
US20210261751A1 (en) * | 2020-02-20 | 2021-08-26 | Xuemei Song | Solvents for acetylene fluid storage |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004059428A (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用炭素ナノチューブ、その製造法及びそれを採用した燃料電池 |
KR20120001386A (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | 강원대학교산학협력단 | 탄소나노튜브 분산액의 제조방법 및 이를 이용한 유연성 투명 전도막의 제조방법 |
CN103332675A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-10-02 | 上海交通大学 | 基于石墨烯量子点化学气相沉积合成碳纳米管的方法 |
-
2014
- 2014-05-15 CN CN201410205305.6A patent/CN104030267B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004059428A (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用炭素ナノチューブ、その製造法及びそれを採用した燃料電池 |
KR20120001386A (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | 강원대학교산학협력단 | 탄소나노튜브 분산액의 제조방법 및 이를 이용한 유연성 투명 전도막의 제조방법 |
CN103332675A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-10-02 | 上海交通大学 | 基于石墨烯量子点化学气相沉积合成碳纳米管的方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
HONGQI ET AL: "《Advances in Chemical Sensors》", 31 January 2012, article "Coumarin-Derived Fluorescent Chemosensors", pages: 121-150 * |
ZHI ET AL: "Controllable Synthesis of Fluorescent Carbon Dots and Their Detection Application as Nanoprobes", 《NANO-MICRO LETTERS》, vol. 5, no. 4, 30 October 2013 (2013-10-30), pages 247 - 259 * |
颜范勇等: "荧光碳点的制备及应用", 《化学进展》, vol. 26, no. 1, 25 December 2013 (2013-12-25), pages 61 - 74 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106206957A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-12-07 | 太原理工大学 | 一种用碳点做阴极缓冲层的太阳能电池板的制备方法 |
CN108837156A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-20 | 河北师范大学 | 一种碳点载药体系的制备方法 |
CN108837156B (zh) * | 2018-06-21 | 2021-08-17 | 河北师范大学 | 一种碳点载药体系的制备方法 |
US20210261751A1 (en) * | 2020-02-20 | 2021-08-26 | Xuemei Song | Solvents for acetylene fluid storage |
US11939451B2 (en) * | 2020-02-20 | 2024-03-26 | Praxair Technology, Inc. | Solvents for acetylene fluid storage |
CN112456471A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-09 | 郑州轻工业大学 | 以可燃固废为固态碳源制备定向碳纳米管阵列的装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104030267B (zh) | 2015-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104030267B (zh) | 一种石墨化荧光碳点的快速制备方法 | |
CN104531147B (zh) | 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法 | |
CN106675558B (zh) | 碳量子点/Eu3+/介孔氧化铝复合发光材料及其制备与应用 | |
CN103471904B (zh) | 半导体制冷型快速赶酸仪 | |
CN103506119B (zh) | 一种碳纳米管负载氧化亚铜光催化剂的快速制备方法 | |
CN106669756B (zh) | 一种纳米层状g-C3N4/Ag@AgCl复合光催化材料的制备方法 | |
CN106992240B (zh) | 一种发橙红光的碳量子点基荧光薄膜的制备方法 | |
CN104117329B (zh) | 一种碳包覆四氧化三铁磁性微球的制备方法 | |
Ginting et al. | Novel strategy of highly efficient solar-driven water evaporation using MWCNTs-ZrO2-Ni@ CQDs composites as photothermal materials | |
CN103332671A (zh) | 一种多孔印迹碳纳米球的制备方法 | |
CN106892421A (zh) | 一种全绿色的红色碳量子点制备方法 | |
CN103050640A (zh) | 一种氧化锌纳米颗粒/二氧化硅复合结构纳米棒的制备方法 | |
CN106757372A (zh) | 一种甲胺铅碘钙钛矿单晶微腔及其制作方法 | |
CN107936964A (zh) | 一种高选择性的氮掺杂石墨烯量子点的制备方法及其应用 | |
CN105542763A (zh) | 一种用碳量子点制备单一基质荧光膜的方法 | |
CN106672942A (zh) | 一种多孔碳纳米管的制备方法 | |
CN104830328A (zh) | 一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法 | |
CN105219385A (zh) | 一种pH稳定的强发光的碳量子点的制备方法 | |
CN106927453B (zh) | 一种在pecvd中实现纵向及横向石墨烯可控制备的方法 | |
CN109705860A (zh) | CsPbBr3纳米晶-PVDF亚微球复合材料及其应用 | |
CN103121711B (zh) | 全锐钛矿结构纳米二氧化钛粉体的制备方法 | |
CN103555326B (zh) | 一种不含氧石墨烯荧光量子点的制备方法 | |
CN106902771B (zh) | 一种磁性共价三嗪多孔材料的制备方法与应用 | |
CN105906764B (zh) | 一种发红光的荧光粉的制备方法 | |
CN204022479U (zh) | 一种用于石墨导热膜生产的石墨化装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |