CN104531147B - 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法 - Google Patents

一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104531147B
CN104531147B CN201410842186.5A CN201410842186A CN104531147B CN 104531147 B CN104531147 B CN 104531147B CN 201410842186 A CN201410842186 A CN 201410842186A CN 104531147 B CN104531147 B CN 104531147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum dot
carbon quantum
vacuum
drying
blue light
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.)
Active
Application number
CN201410842186.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104531147A (zh
Inventor
刘旭光
冯晓婷
杨永珍
张漪�
何玉珩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201410842186.5A priority Critical patent/CN104531147B/zh
Publication of CN104531147A publication Critical patent/CN104531147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104531147B publication Critical patent/CN104531147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明涉及一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法，采用绿色环保的水热合成法，以L‑抗坏血酸、乙二胺为原料，去离子水为溶剂，在不同温度下使L‑抗坏血酸快速合成发射蓝色和绿色荧光的碳量子点，产物纯度达99％，水溶性99.5％，发蓝光碳量子点颗粒直径≦6nm，发绿光碳量子点颗粒直径≦6.2nm，碳量子点分散性好、水溶性好、荧光性好，可应用于荧光探针、生物医学成像、打印墨水和光伏器件，此制备方法工艺先进，数据准确翔实，制备速度快，产物纯度好，发光性能稳定，是十分理想的快速制备发蓝光和绿光的碳量子点的方法。

Description

一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法，属蓝光和绿光碳量子点的快速制备及应用的技术领域。
背景技术
荧光碳纳米材料由于其独特的光学性质、低毒性和良好的生物相容性具有很好的应用前景，碳量子点是荧光碳纳米材料中最主要的一种荧光碳材料，其形貌为零维纳米粒子，尺寸与量子点相似，小于10nm。
普通的量子点材料多含有重金属元素，毒性较高；碳量子点作为一种荧光纳米材料，所含物质主要为碳元素，碳元素是自然界最丰富的元素之一，故碳量子点成本较低；碳量子点具有下转化、上转化荧光性质，化学稳定性好，具有良好的生物相容性及低毒性，在生物成像、医疗诊断、催化和光伏器件方面有着广泛的应用前景；目前合成碳量子点的方法有多种，但大都制备过程复杂，周期长，产物纯度低，还存在较多弊端。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对技术背景的情况，以L-抗坏血酸、乙二胺为原料，去离子水为溶剂，采用水热合成法，快速制备发蓝光和绿光的碳量子点，以提高碳量子点的纯度和化学物理性能，降低成本，扩大应用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：L-抗坏血酸、乙二胺、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
L-抗坏血酸：C6H8O6 5g±0.001g
乙二胺：C2H8N2 5mL±0.001mL
去离子水：H2O 1000mL±50mL
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：
L-抗坏血酸：固态固体 99.8％
乙二胺：液态液体 99.99％
去离子水：液态液体 99.99％
(2)水热合成制备碳量子点水溶液
碳量子点水溶液的制备是在加热炉、反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；
①配制溶液
在聚四氟乙烯容器中，加入L-抗坏血酸5g±0.001g、乙二胺5mL±0.001mL、去离子水200mL±0.001mL，搅拌10min，使其溶解，成无色透明混合溶液；
②水热合成制备碳量子点溶液
将装有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后置于加热炉中，加热温度和时间分两段进行，第一段加热温度为90℃±2℃、加热时间120min，第二段加热温度为150℃±2℃、加热时间120min；在水热合成过程中将发生化学反应，反应方程式如下：
式中：N-CQDs：碳量子点
③冷却
反应结束后，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃；
(3)过滤
取出并打开反应釜，开启聚四氟乙烯容器，将容器内的混合溶液置于烧杯中，用注射器吸取溶液，用220μm的微孔滤膜进行过滤，留存滤液，弃掉滤膜及其上的沉淀物；
(4)旋转蒸发
将滤液置于圆底烧瓶中，再把圆底烧瓶悬挂在旋转蒸发仪内，在真空度0.09MPa、温度35℃状态下，持续蒸发60min，得到浓缩滤液；
(5)透析
将浓缩滤液装入纤维素透析袋内，然后置于烧杯中，在烧杯底部置放磁子搅拌器，加入去离子水800mL，并淹没透析袋，在25℃下，磁子搅拌器振荡搅拌透析24h；
(6)冷冻
透析后，将透析袋内的浓缩滤液移入干燥瓶中，并将干燥瓶置于冰箱中，进行冷冻，冷冻温度-50℃，冷冻时间为120min；
(7)真空冷冻干燥
将冷冻后的干燥瓶置于真空冷冻干燥箱中，进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度-50℃，真空度20Pa，冷冻干燥时间24h，冷冻干燥后得固体荧光碳量子点粉末，即蓝光和绿光碳量子点；
(8)检测、分析、表征
对制备的蓝光和绿光碳量子点的形貌、色泽、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形貌分析；
用荧光光谱仪和紫外可见分光光度计进行荧光性能分析；
用X射线光电子能谱仪进行元素分析；
用红外光谱仪进行表面官能团分析；
结论：蓝光和绿光碳量子点为粉体颗粒状，发蓝光碳量子点颗粒直径≦6nm，发绿光碳量子点颗粒直径≦6.2nm，粒径分布范围较窄，产物纯度99％，水溶性99.5％；
(9)产物储存
对制备的蓝光和绿光碳量子点储存于棕色透明的玻璃容器中，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和创新性，采用绿色环保的水热合成法，以L-抗坏血酸、乙二胺为原料，去离子水为溶剂，在不同温度下使L-抗坏血酸快速合成发射蓝色和绿色荧光的碳量子点，产物纯度达99％，水溶性99.5％，发蓝光碳量子点颗粒直径≦6nm，发绿光碳量子点颗粒直径≦6.2nm，碳量子点分散性好、水溶性好、荧光性好，可应用于荧光探针、生物医学成像、打印墨水和光伏器件，此制备方法工艺先进，数据准确翔实，制备速度快，产物纯度好，发光性能稳定，是十分理想的快速制备发蓝光和绿光的碳量子点的方法。
附图说明
图1、水热合成制备碳量子点溶液状态图
图2、碳量子点真空冷冻干燥状态图
图3、碳量子点形貌图
图4、碳量子点溶液荧光发射光谱图
图5、碳量子点水溶液在365nm紫外光和可见光下的对比照片
图中所示，附图标记清单如下：
1、加热炉，2、炉盖，3、第一电控箱，4、第一工作台，5、反应釜，6、聚四氟乙烯容器，7、混合溶液，8、第一显示屏，9、第一指示灯，10、第一电源开关，11、加热温度控制器，12、加热时间控制器，13、炉腔，14、釜盖，15、真空干燥罩，16、罩盖，17、第二工作台，18、干燥皿，19、碳量子点，20、第二电控箱，21、第二显示屏，22、第二指示灯，23、第二电源开关，24、真空泵控制器，25、制冷压缩机控制器，26、冷冻干燥温度调控器，27、底座，28、制冷压缩机，29、制冷导管，30、真空泵，31、真空阀，32、真空管，33、第一导线，34、第二导线，35、罩腔。
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，为水热合成制备碳量子点溶液状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
碳量子点溶液的水热合成是在加热炉、反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；加热炉为竖式，加热炉1的上部为炉盖2、下部为第一电控箱3，在加热炉1内为炉腔13，在炉腔13底部为第一工作台4，在第一工作台4上放置反应釜5，反应釜5内放置聚四氟乙烯容器6，聚四氟乙烯容器6内为混合溶液7，反应釜5由釜盖14密闭；在电控箱3上设置第一显示屏8、第一指示灯9、第一电源开关10、加热温度控制器11、加热时间控制器12。
图2所示，为碳量子点真空冷冻干燥状态图，各部位置、连接关系要正确，按量配比，按序操作。
碳量子点的真空冷冻干燥是在真空干燥罩内进行的，是在真空、冷冻状态下完成的；真空干燥罩为玻璃罩体，真空干燥罩15内部为罩腔35，在罩腔35内底部设置第二工作台17，在第二工作台17上部为干燥皿18，干燥皿18内为碳量子点19；在真空干燥罩15下部为第二电控箱20，在第二电控箱20上设置第二显示屏21、第二指示灯22、第二电源开关23、真空泵控制器24、制冷压缩机控制器25；在第二电控箱20下部为底座27，在底座27内底部设置制冷压缩机28，并通过制冷导管29与罩腔35连通，制冷压缩机28通过第一导线33与第二电控箱20连接；在底座27的右外部设置真空泵30，真空泵30通过真空阀31、真空管32与罩腔35连通，真空泵30通过第二导线34与第二电控箱20连接。
图3所示，为碳量子点形貌图；a图为发蓝光碳量子点形貌图，b图为发绿光碳量子点形貌图，发蓝光碳量子点和发绿光碳量子点颗粒均为球形，分散性好，无团聚现象，粒径分布范围较窄，发蓝光碳量子点粒径≦6nm，发绿光碳量子点粒径≦6.2nm。
图4所示，为碳量子点溶液荧光发射光谱图；图中可以看出，反应温度对水热合成碳量子点的荧光性质有很大影响，在365nm激发下，在90℃下合成的碳量子点的荧光强度高于在150℃合成碳量子点的荧光强度；在365nm激发下，不同反应温度对荧光碳量子点吸收峰位置有明显的影响，在150℃下所得碳量子点发射峰位置在458nm，发蓝色荧光；在90℃下所得碳量子点发射峰位置在500nm，发绿色荧光。
图5所示，为碳量子点水溶液在365nm紫外光和可见光下的对比照片，a图为在150℃反应2h所得碳量子点溶液在365nm紫外光激发下和可见光下的对比照片，左图为紫外光激发，右图为可见光激发；b图为在90℃反应2h所得碳量子点溶液在365nm紫外光激发和可见光下的对比照片，左图为紫外光激发，右图为可见光激发。

Claims (1)

1.一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：L-抗坏血酸、乙二胺、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
L-抗坏血酸：C6H8O6 5g±0.001g
乙二胺：C2H8N2 5mL±0.001mL
去离子水：H2O 1000mL±50mL
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：
L-抗坏血酸：固态固体 99.8％
乙二胺：液态液体 99.99％
去离子水：液态液体 99.99％
(2)水热合成制备碳量子点水溶液
碳量子点水溶液的制备是在加热炉、反应釜内进行的，是在加热、水热合成状态下完成的；
①配制溶液
在聚四氟乙烯容器中，加入L-抗坏血酸5g±0.001g、乙二胺5mL±0.001mL、去离子水200mL±0.001mL，搅拌10min，使其溶解，成无色透明混合溶液；
②水热合成制备碳量子点溶液
将装有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭，然后置于加热炉中，加热温度和时间分两段进行，第一段加热温度为90℃±2℃、加热时间120min，第二段加热温度为150℃±2℃、加热时间120min；在水热合成过程中将发生化学反应，反应方程式如下：
式中：N-CQDs：碳量子点
③冷却
反应结束后，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃；
(3)过滤
取出并打开反应釜，开启聚四氟乙烯容器，将容器内的混合溶液置于烧杯中，用注射器吸取溶液，用220μm的微孔滤膜进行过滤，留存滤液，弃掉滤膜及其上的沉淀物；
(4)旋转蒸发
将滤液置于圆底烧瓶中，再把圆底烧瓶悬挂在旋转蒸发仪内，在真空度0.09MPa、温度35℃状态下，持续蒸发60min，得到浓缩滤液；
(5)透析
将浓缩滤液装入纤维素透析袋内，然后置于烧杯中，在烧杯底部置放磁子搅拌器，加入去离子水800mL，并淹没透析袋，在25℃下，磁子搅拌器振荡搅拌透析24h；
(6)冷冻
透析后，将透析袋内的浓缩滤液移入干燥瓶中，并将干燥瓶置于冰箱中，进行冷冻，冷冻温度-50℃，冷冻时间为120min；
(7)真空冷冻干燥
将冷冻后的干燥瓶置于真空冷冻干燥箱中，进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度-50℃，真空度20Pa，冷冻干燥时间24h，冷冻干燥后得固体荧光碳量子点粉末，即蓝光和绿光碳量子点；
(8)检测、分析、表征
对制备的蓝光和绿光碳量子点的形貌、色泽、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形貌分析；
用荧光光谱仪和紫外可见分光光度计进行荧光性能分析；
用X射线光电子能谱仪进行元素分析；
用红外光谱仪进行表面官能团分析；
结论：蓝光和绿光碳量子点为粉体颗粒状，发蓝光碳量子点颗粒直径≦6nm，发绿光碳量子点颗粒直径≦6.2nm，粒径分布范围较窄，产物纯度99％，水溶性99.5％；
(9)产物储存
对制备的蓝光和绿光碳量子点储存于棕色透明的玻璃容器中，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％；
所述的碳量子点混合溶液的水热合成是在加热炉、反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；加热炉为竖式，加热炉(1)的上部为炉盖(2)、下部为第一电控箱(3)，在加热炉(1)内为炉腔(13)，在炉腔(13)底部为第一工作台(4)，在第一工作台(4)上放置反应釜(5)，反应釜(5)内放置聚四氟乙烯容器(6)，聚四氟乙烯容器(6)内为混合溶液(7)，反应釜(5)由釜盖(14)密闭；在电控箱(3)上设置第一显示屏(8)、第一指示灯(9)、第一电源开关(10)、加热温度控制器(11)、加热时间控制器(12)；
所述的碳量子点的真空冷冻干燥是在真空干燥罩内进行的，是在真空、冷冻状态下完成的；真空干燥罩为玻璃罩体，真空干燥罩(15)内部为罩腔(35)，在罩腔(35)内底部设置第二工作台(17)，在第二工作台(17)上部为干燥皿(18)，干燥皿(18)内为碳量子点(19)；在真空干燥罩(15)下部为第二电控箱(20)，在第二电控箱(20)上设置第二显示屏(21)、第二指示灯(22)、第二电源开关(23)、真空泵控制器(24)、制冷压缩机控制器(25)；在第二电控箱(20)下部为底座(27)，在底座(27)内底部设置制冷压缩机(28)，并通过制冷导管(29)与罩腔(35)连通，制冷压缩机(28)通过第一导线(33)与第二电控箱(20)连接；在底座(27)的右外部设置真空泵(30)，真空泵(30)通过真空阀(31)、真空管(32)与罩腔(35)连通，真空泵(30)通过第二导线(34)与第二电控箱(20)连接。
CN201410842186.5A 2014-12-30 2014-12-30 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法 Active CN104531147B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410842186.5A CN104531147B (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410842186.5A CN104531147B (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104531147A CN104531147A (zh) 2015-04-22
CN104531147B true CN104531147B (zh) 2016-09-07

Family

ID=52846785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410842186.5A Active CN104531147B (zh) 2014-12-30 2014-12-30 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104531147B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104830328B (zh) * 2015-05-12 2016-08-24 太原理工大学 一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法
CN105115947B (zh) * 2015-07-14 2017-10-24 吉林大学 一种石墨烯量子点传感器及其在检测三硝基苯酚方面的应用
US10858580B2 (en) 2015-08-25 2020-12-08 Nissan Chemical Industries, Ltd. Method of manufacturing luminescent nanocarbon
CN105966122B (zh) * 2016-05-05 2017-12-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种纸张可重复利用的书写方法及书写系统
CN106229387A (zh) * 2016-08-02 2016-12-14 太原理工大学 一种用碳量子点做发光层的发光二极管的制备方法
CN107384384B (zh) * 2017-07-17 2021-01-15 太原理工大学 一种具有pH响应的蓝绿光碳量子点的制备方法
CN108101018A (zh) * 2017-12-19 2018-06-01 重庆文理学院 一种以三七为原料合成氮掺杂碳量子点的方法
CN108069414A (zh) * 2017-12-19 2018-05-25 重庆文理学院 一种利用废弃松树塔制备碳纳米材料的方法
CN108101022A (zh) * 2017-12-27 2018-06-01 重庆文理学院 一种以小茴香为原料制备碳量子点的方法
CN108455564B (zh) * 2018-02-05 2020-04-10 中南民族大学 一种制备黄色或绿色碳点的方法
CN108152263B (zh) * 2018-03-14 2020-01-07 江南大学 一种基于碳量子点荧光法快速检测铁元素的方法
CN109455692A (zh) * 2018-12-29 2019-03-12 太原理工大学 一种手性碳量子点及其制备方法
CN113265114A (zh) * 2021-04-30 2021-08-17 上海大学 基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法
CN114806554A (zh) * 2022-04-13 2022-07-29 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 磷光碳点、其在防伪和信息加密中的应用及基于其的led灯珠
CN115332549B (zh) * 2022-08-31 2024-01-19 陕西科技大学 一种铁/碳量子点电催化剂及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101403534B1 (ko) * 2013-05-30 2014-06-03 부경대학교 산학협력단 탄소양자점 제조방법
CN103484111B (zh) * 2013-09-13 2016-06-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 介孔硅荧光材料及制备方法
CN103785853B (zh) * 2014-01-24 2016-03-09 太原理工大学 一种杂化碳银复合材料的制备方法
CN103834397B (zh) * 2014-03-11 2015-07-08 太原理工大学 一种水溶性荧光碳点的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104531147A (zh) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104531147B (zh) 一种发蓝光和绿光的碳量子点的快速制备方法
Wu et al. A dual-emission probe to detect moisture and water in organic solvents based on green-Tb 3+ post-coordinated metal–organic frameworks with red carbon dots
CN104877677B (zh) 介孔二氧化硅/碳量子点纳米复合材料的制备方法
Hou et al. Modified facile synthesis for quantitatively fluorescent carbon dots
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
Liu et al. Multicolor (Vis-NIR) mesoporous silica nanospheres linked with lanthanide complexes using 2-(5-bromothiophen) imidazo [4, 5-f][1, 10] phenanthroline for in vitro bioimaging
CN104830328B (zh) 一种单基质碳量子点白光荧光粉的制备方法
CN107142102A (zh) 一种Mn4+掺杂氟化物红色荧光粉材料的表面改性方法
CN106750350B (zh) 一种三元稀土有机框架晶体材料、其合成方法及应用
He et al. Luminescent properties and energy transfer of luminescent carbon dots assembled mesoporous Al2O3: Eu3+ co-doped materials for temperature sensing
CN106992240A (zh) 一种发橙红光的碳量子点基荧光薄膜的制备方法
CN107384375B (zh) 一种稀土发光二氧化硅杂化材料及其制备方法和应用
CN103785853B (zh) 一种杂化碳银复合材料的制备方法
Łyszczek et al. Microwave-assisted synthesis of lanthanide 2, 6-naphthalenedicarboxylates: Thermal, luminescent and sorption characterization
CN103275110B (zh) 一种高稳定性Tb配位聚合物绿色发光材料及其制备方法
CN106118628B (zh) 一种具有核壳结构的上转换荧光纳米材料的制备方法
CN109679109A (zh) 一种橙色有机超分子聚合物及其制备方法与应用
Liu et al. Light modulation (vis-NIR region) based on lanthanide complex-functionalized carbon dots
CN105018073B (zh) 一种含有两种配体的Eu配合物红色发光晶体材料及其制备方法
CN106589397B (zh) 一种晶体材料、其合成方法及在荧光晶体材料中的应用
Hao et al. Hybrid polymer thin films with a lanthanide–zeolite A host–guest system: coordination bonding assembly and photo-integration
Panda et al. Sc 1− x Er x AlO 3 perovskites: high-pressure synthesis, photoluminescence properties, and in vitro bioimaging
CN107129800A (zh) 一种用于3d打印的高显色性白光荧光粉的制备方法
Jia et al. Lanthanide functionalized hybrid materials of polyoxometallate based metal–organic frameworks for multi-color luminescence
CN104587995B (zh) 一种制备多孔球状二氧化钛的方法

Legal Events

Date Code Title Description
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