CN104910904A - 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法 - Google Patents

一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104910904A
CN104910904A CN201510309249.5A CN201510309249A CN104910904A CN 104910904 A CN104910904 A CN 104910904A CN 201510309249 A CN201510309249 A CN 201510309249A CN 104910904 A CN104910904 A CN 104910904A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum dot
carbon quantum
ozone oxidation
fluorescent carbon
preparing fluorescent
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
Application number
CN201510309249.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104910904B (zh
Inventor
郝策
赵雪君
朱晓兵
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.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian 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 Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201510309249.5A priority Critical patent/CN104910904B/zh
Publication of CN104910904A publication Critical patent/CN104910904A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104910904B publication Critical patent/CN104910904B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的制备方法，以磺化煤为碳源，采用臭氧氧化-光还原技术，制备出具有荧光性能的碳量子点，通过旋蒸和冷冻干燥去除水分，获得量子点粉末。采用本发明的方法制备荧光碳量子点，所用碳源为磺化煤，价格低廉，简便易得；臭氧氧化-光还原技术工艺简单，用时短；后期产物处理中所采用的旋蒸、冷冻干燥处理方法操作简单，不需要进行复杂的后期强酸或表面钝化处理，易于推广和大规模生产，在生物、医学、化学传感器、光催化等技术领域具有良好的应用前景。

Description

一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，采用一种臭氧氧化-光还原技术制备碳量子点的方法，尤其涉及一种简单快速的荧光碳量子点的制备方法。
背景技术
碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光纳米材料。近年来，碳量子点以其卓越的光学性、化学稳定性、低毒性、生物相容性、制备原料广泛、制备方法多种多样以及造价便宜等优势，引起了科学界广泛的关注，在生物、医学、化学传感器、光催化等技术领域有很广泛的应用前景。
碳量子点的合成方法包括两种：自上而下合成法和自下而上合成法。前者以较大的碳骨架为碳源，对其进行剥落处理，得到纳米碳颗粒的合成方法；后者则是以较小碳颗粒为碳源，对其进行修饰、钝化而合成碳量子点的方法。自上而下合成法又包括：激光销蚀法/钝化法，该方法通过激光束对碳靶进行照射，将纳米碳颗粒从碳靶上剥落下来，从而获得碳量子点，其缺点是制备产率低、粒径均一性差、纯度较低；电化学法，该方法制备碳量子点所需要的时间较长，一般为720小时；弧光放电法，该方法制备的碳量子点产率较低、纯化过程复杂且产物收集比较困难，因此该方法较少使用。自下而上合成法又包括：化学氧化法，该方法通过氧化剂对碳材料进行氧化而制备得到碳量子点，其缺点为制备产率低，所使用的试剂多为强酸或具有强腐蚀性的液体，反应剧烈且不符合环境友好的要求，不适于碳量子点的大量制备；模板法，该方法先在合适的模板上合成碳量子点，然后用酸刻蚀等方法除去模板，应用模板法制备的碳量子点，粒径更加均匀且纯度较高，便于后期的表面修饰，但缺点为在合成过程中需对模板进行刻蚀，成本较高，且模板的残留使得碳量子点不能被完全提取，因此其产率相对较低；微波辅助法，该方法用微波处理碳前驱体，大大简化了碳量子点的合成步骤，但产率较低；热分解法，是通过高温分解有机碳源制备碳量子点的方法，目前对该方法的研究主要集中在对不同碳源的选择和尝试，寻找廉价且所合成的碳量子点性质优良的碳前驱体，但该方法在碳化过程中需不断补加水，操作较为繁琐；反胶束法，是一种全新的制备碳量子点的制备方法，用这种方法制备的碳量子点产率和粒径均匀度等方面均显示出极大的优势，但该方法反应条件比较苛刻，且氩气价格昂贵，因此该方法还无法广泛应用。
上述的这些合成碳量子点的过程繁琐、原材料昂贵且条件苛刻，不仅不经济环保，而且由于合成成本高，在很大程度上限制了荧光碳量子点的大规模生产和实际的应用。因此，简便、快速、低成本、无毒以及环境友好的绿色方法制备具有荧光性能的碳纳米点具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明采用一种臭氧氧化-光还原技术以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的合成。
具体通过以下技术方案实现：
一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法，包括以下步骤：
(1)将磺化煤与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h；
(2)对步骤(1)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
(3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理；
(4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，得到黄色上清液；
(5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
(6)将步骤(5)得到的浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状。
进一步地，在上述技术方案中，所述的碳源为磺化煤。
进一步地，在上述技术方案中，磺化煤颗粒直径为1.2～2.5mm。
进一步地，在上述技术方案中，磺化煤样品与水质量比为1：100～150。
进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化过程中以氧气为气源，
进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化过程中气体流量为0.1Nm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25℃。
进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化的时间为60-120min；优选90-120min，更优选的氧化时间为90min。
进一步地，在上述技术方案中，所述的光还原处理方式为紫外灯照射1h。
进一步地，在上述技术方案中，所述的高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为1h。
发明有益效果
本发明所用碳源为磺化煤，价格低廉，简便易得；臭氧氧化-光还原技术工艺简单，用时短；后期产物处理中所采用的旋蒸、冷冻干燥处理方法操作简单，不需要进行复杂的后期强酸或表面钝化处理，易于推广和大规模生产，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3制备的荧光碳量子点的紫外-可见吸收光谱图；
图2为本发明实施例1制备的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
图3为本发明实施例2制得的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
图4为本发明实施例3制得的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
图5为本发明实施例1、2、3制备的荧光碳量子点水溶液在相同激发波长下的荧光发射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明并不限于此。
实施例1
以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：
(1)将颗粒直径为1.2～2.5mm的磺化煤与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h；磺化煤样品与水质量比为1：100；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，臭氧氧化过程中以氧气为气源，气体流量为0.1Nm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25℃，臭氧氧化的时间为60min，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
(3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理，还原处理方式为紫外灯照射1h；
(4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为1h，得到黄色上清液；
(5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
(6)将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状。
将步骤(6)合成的粉末状物质1mg与水混合制备浓度为0.005mg/mL的荧光碳量子点水溶液。
本实施例制备的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图如图2所示。
实施例2
以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：
(1)将颗粒直径为1.2～2.5mm的磺化煤样品与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h；磺化煤样品与水质量比为1：100；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，臭氧氧化过程中以氧气为气源，气体流量为0.1Nm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25℃，臭氧氧化的时间为90min，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
(3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理，还原处理方式为紫外灯照射1h；
(4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为1h，得到黄色上清液；
(5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
(6)将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状。
将步骤(6)合成的粉末状物质1mg与水混合制备浓度为0.005mg/mL的荧光碳量子点水溶液。
本实施例制备的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图如图3所示。
实施例3
以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤：
(1)将颗粒直径为1.2～2.5mm的磺化煤样品与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h；磺化煤样品与水质量比为1：100；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，臭氧氧化过程中以氧气为气源，气体流量为0.1Nm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25℃，臭氧氧化的时间为120min，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
(3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理，还原处理方式为紫外灯照射1h；
(4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为1h，得到黄色上清液；
(5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
(6)将浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状。
将步骤(6)合成的粉末状物质1mg与水混合制备浓度为0.005mg/mL的荧光碳量子点水溶液。
本实施例制备的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图如图4所示。
对实施例进行表征：
利用紫外可见光谱仪考察通过实施例1、2、3制备的碳量子点水溶液的光学吸收情况，如图1所示，通过不同臭氧氧化氧化时间合成的碳量子点在紫外区域具有明显的光学吸收，其吸收的尾部一直可以延伸到可见光区，且其吸收强度最高者为经过120min臭氧氧化得到的碳量子点。
利用荧光光谱仪考察激发波长对实施例1、2、3制备的碳量子点水溶液荧光的影响，如图2、3、4所示，碳量子点有两个荧光发射峰，且随着激发波长的增加(280-400nm)，左侧发射峰位置向长波方向移动；右侧峰强度先增加后减少；不同臭氧氧化时间制备的荧光碳量子点的最佳激发波长都为340nm，但发射峰位置不同。60min、90min、120min臭氧氧化制备的荧光碳量子点发射峰位置分别在461nm、441nm、439nm处，即在相同的激发波长下，发射波长随着臭氧氧化时间的增加而减少。
利用荧光光谱仪考察相同激发波长下(波长＝340nm)实施例1、2、3制备的碳量子点水溶液荧光发光强度的比较，如图5所示，在相同激发波长下，其发射峰的强度为90min臭氧氧化制备的荧光碳量子点最大，强度达到3000a.u.。

Claims (8)

1.一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将磺化煤与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h；
(2)对步骤(1)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
(3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理；
(4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，得到黄色上清液；
(5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
(6)将步骤(5)得到的浓缩溶液在-50℃条件下进行冷冻干燥至粉末状。
2.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述磺化煤颗粒直径为1.2～2.5mm。
3.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，磺化煤与水质量比为1：100～150。
4.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述的臭氧氧化过程中以氧气为气源。
5.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述的臭氧氧化过程中气体流量为0.1Nm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25℃。
6.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述的臭氧氧化的时间为60-120min。
7.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述的光还原处理方式为紫外灯照射1h。
8.根据权利要求1所述的制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述的高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为1h。
CN201510309249.5A 2015-06-08 2015-06-08 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法 Expired - Fee Related CN104910904B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510309249.5A CN104910904B (zh) 2015-06-08 2015-06-08 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510309249.5A CN104910904B (zh) 2015-06-08 2015-06-08 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104910904A true CN104910904A (zh) 2015-09-16
CN104910904B CN104910904B (zh) 2016-08-31

Family

ID=54080358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510309249.5A Expired - Fee Related CN104910904B (zh) 2015-06-08 2015-06-08 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104910904B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107384393A (zh) * 2017-07-26 2017-11-24 广西师范学院 以葡萄糖、浓磷酸、乙二胺为原料的水溶性氮磷共掺杂碳量子点的制备方法
CN109749738A (zh) * 2017-11-01 2019-05-14 浙江糖能科技有限公司 磺化碳量子点、其制备方法以及作为催化剂在制备5-羟甲基糠醛中的应用
CN112608743A (zh) * 2020-12-24 2021-04-06 中国矿业大学(北京) 一种煤基荧光碳量子点的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103086356A (zh) * 2013-02-19 2013-05-08 复旦大学 一种制备碳量子点的方法
CN103160279A (zh) * 2011-12-12 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种功能性碳点及其制备和应用
CN104071769A (zh) * 2014-06-12 2014-10-01 大连理工大学 化学氧化法制备荧光碳点的方法及其荧光碳点和应用
CN104087296A (zh) * 2014-07-08 2014-10-08 合肥工业大学 一种激光辐照制备荧光碳量子点的方法
WO2014193089A1 (ko) * 2013-05-30 2014-12-04 부경대학교 산학협력단 탄소양자점의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103160279A (zh) * 2011-12-12 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种功能性碳点及其制备和应用
CN103086356A (zh) * 2013-02-19 2013-05-08 复旦大学 一种制备碳量子点的方法
WO2014193089A1 (ko) * 2013-05-30 2014-12-04 부경대학교 산학협력단 탄소양자점의 제조방법
CN104071769A (zh) * 2014-06-12 2014-10-01 大连理工大学 化学氧化法制备荧光碳点的方法及其荧光碳点和应用
CN104087296A (zh) * 2014-07-08 2014-10-08 合肥工业大学 一种激光辐照制备荧光碳量子点的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUZHI ZHENG，ET AL.: "Enhancing the luminescence of carbon dots with a reduction pathway", 《CHEM. COMMUN.》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107384393A (zh) * 2017-07-26 2017-11-24 广西师范学院 以葡萄糖、浓磷酸、乙二胺为原料的水溶性氮磷共掺杂碳量子点的制备方法
CN109749738A (zh) * 2017-11-01 2019-05-14 浙江糖能科技有限公司 磺化碳量子点、其制备方法以及作为催化剂在制备5-羟甲基糠醛中的应用
CN112608743A (zh) * 2020-12-24 2021-04-06 中国矿业大学(北京) 一种煤基荧光碳量子点的制备方法
CN112608743B (zh) * 2020-12-24 2022-06-14 中国矿业大学(北京) 一种煤基荧光碳量子点的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104910904B (zh) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104449693B (zh) 氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法
CN107774294A (zh) 一种新颖光催化剂K‑g‑C3N4及其制备和应用
CN104845619A (zh) 一种快速、高量子产率荧光碳点的合成方法
CN106082270B (zh) 一种光催化合成氨的方法
CN104059644B (zh) 简单快速的氮掺杂碳量子点制备方法
CN105731538B (zh) 一种高压‑水热法制备BiVO4光催化剂的方法
CN104910904A (zh) 一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法
CN110586166A (zh) 一种氧化钼纳米片的制备及其在光催化固氮的应用
CN109943325B (zh) 一种用葡萄酒糟制备红光碳量子点的方法
CN106348281A (zh) 一种水热制备双荧光石墨烯量子点的方法
CN104190455B (zh) 光催化剂磷酸镧及其制备方法和应用
CN107651665A (zh) 一种以薄荷叶制备水溶性荧光碳量子点的方法
CN108516533A (zh) 一种发嫩绿色荧光碳点的制备方法
CN103263937B (zh) 一种四面体磷酸银光催化剂的制备方法
CN107930611A (zh) 一种碳点二氧化钛中空微球复合纳米催化剂及其制备方法与应用
CN105461008B (zh) 一种采用八面体结构wo3光催化剂用于降解罗丹明b的方法
CN113403068A (zh) 一种熔合碳点、制备方法及其应用
CN107987283A (zh) 一种光催化剂活化褐煤提取黄腐酸盐的方法
CN109399581B (zh) 一种硫化亚铜-碲纳米材料及其制备方法
CN107572501B (zh) 一种高产率碳量子点的制备方法
CN106629662A (zh) 一种基于壳寡糖‑微波辅助制备水溶性荧光碳点的方法
Azizi et al. Tb2 (WO4) 3@ N-GQDs-FA as an efficient nanocatalyst for the efficient synthesis of β-aminoalcohols in aqueous solution
CN108083860A (zh) 一种活化褐煤的方法
CN106010517B (zh) 以焦粉为碳源的碳量子点荧光标记材料及其制备方法
Dong et al. Synthesis of nitrogen-doped carbon dots as type II photosensitizers for photooxidation reactions of thioanisoles and styrenes

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160831

Termination date: 20190608

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee