CN104927847A - 一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法，将碳源黑木耳放入高压反应釜中，然后加入一定量的尿素，蒸馏水，将反应釜放入烘箱中进行高温反应，反应结束后将所得反应产物过滤，向过滤后的产物中加入一定量的抗坏血酸，再加入Ag+溶液，在磁力搅拌下反应6h，即得银修饰的碳量子点溶液。该方法制备的碳量子点具有很好的荧光性能，并且对Cu2+具有良好的选择性和专一性。

Description

一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法，属于碳纳米材料以及重金属检测技术领域。
背景技术
近年来，荧光化学传感器由于具有优良的灵敏度、选择性和反应快速、实时监控等特点得到迅速发展，已经成功用于检测金属离子。Cu2+在环境领域以及生物或者化学系统中起着至关重要的作用。因为Cu2+是生物体内蛋白质以及酶合成的必备物质是人体内除铁和锌以外含量最多的过渡金属元素，但是高浓度的Cu2+对生物体或者环境都是有害的。因此发展一种新的纳米材料来有效地检测Cu2+是很有必要的。
碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米颗粒由于其制备简单，稳定性好，荧光性强，无毒性，无污染等优点得到了广泛的应用。有研究发现碳量子点或者经过表面修饰的碳量子点其荧光量子产率会大幅提高，且对某些金属离子有特异性响应而不受其他离子的干扰，并且具有一定的线性关系，因此可以用来定性或定量地检测金属离子。
碳量子点经过金属离子如金、银、铜、铂的修饰后，其荧光量子产率能得到明显提升，已经广泛应用于光催化剂等领域，但是关于离子检测方面尚未见报道。
中国专利(CN 102745669A，2012)公开了光致发光碳量子点的制备方法，是通过大豆经榨取豆浆后的固体残留物进行干燥脱水，置于电热鼓风干燥箱中加热碳化获得碳量子点粗产物；将碳量子点粗产物进行研磨、过筛，并分散在离子水中，搅拌均匀，静置，离心，将得到含有碳量子点的水溶液蒸发，冷冻干燥至粉末状，从而最终获得光致发光的碳量子点荧光量子产率为8.2％。但该发明方法制备的碳量子点过程复杂，荧光量子产率较低，且用于检测重金属离子未见报道。
本实验以黑木耳为碳源与尿素混合后通过水热法合成含氮基团修饰的碳量子点，然后与Ag+混合后，加入抗坏血酸在磁力搅拌器上搅拌6h，过滤后即得银修饰的碳量子点Ag-CDs。经实验发现本实验制备的Ag-CDs对Cu2+具有一定的选择性，而对其他金属离子基本没有反应，因而可以用于检测水中的Cu2+。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制备过程简单，制备的碳量子点具有很好的荧光性能，并且对Cu2+具有良好的选择性和专一性的碳量子点材料的制备方法。
为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法，通过水热法合成碳量子点后，在其表面修饰银：将碳源黑木耳放入高压反应釜中，然后加入一定量的尿素，蒸馏水，将反应釜放入烘箱中进行高温反应，反应结束后将所得反应产物过滤，向过滤后的产物中加入一定量的抗坏血酸，再加入Ag+溶液，在磁力搅拌下反应6h，可得银修饰的碳量子点溶液，将溶液过滤，稀释即可用于检测金属离子。
所用黑木耳的质量2.5g，尿素0.5g，二次水10ml，1ml 5mM/L的Ag+和0.1g抗坏血酸。
所述反应釜放入烘箱中进行高温反应的反应温度为200℃，反应时间为5h。
过滤碳量子点所用滤纸的孔径为0.22um。
采用本发明的方法制备碳量子点，以黑木耳为碳源，水热法合成的高荧光强度、分散均匀的碳量子点。而制得的碳量子点其表面经过Ag修饰以后具有更高的荧光强度，且对Cu2+的选择性变的更加灵敏和专一。
附图说明：
图1是本发明方法制备出的碳量子点的高倍透射电镜图。
图2是本发明方法制备出的碳量子点的溶液的激发和发射光谱图。
图3是本发明制备出的碳量子点溶液的激发波长从330nm到390nm光致发光图。。
图4是本发明制备出的碳量子点溶液对金属离子的选择性
具体实施方式
下面通过实例进一步描述本发明的特征，但本发明并不局限于下述实例。
实施例1
将碳源黑木耳用蒸馏水洗净后取2.5g放入15ml高压反应釜中，然后加入0.5g的尿素，10ml蒸馏水，将反应釜放入烘箱中在200℃下反应5h，反应结束后将所得反应产物过滤，得碳量子点的荧光量子产率为22.62％。向过滤后的产物中加入0.1g的抗坏血酸，再加入1ml 5mM/L 的Ag+溶液，在磁力搅拌下反应6h，可得银修饰的碳量子点溶液，将溶液过滤，稀释即可用于检测金属离子。所制备的碳量子点，经透射电子显微镜扫描，见图1，可以看出所合成的碳量子点在水中分散性良好，其形貌为圆形颗粒，粒径在5nm以内。碳量子点的荧光激发和荧光发射谱如图2，从图中可以得出本实验制备的碳量子点的最佳激发波长为322nm，在最佳激发波长下的发射谱图的最强发射峰在405nm处。当该碳量子点的荧光激发波长从322nm逐渐变为390nm的过程中见图3，碳量子点的荧光发射光谱的最大发射峰发生红移。Ag+、Al3+、Ca2+、Co2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Fe2+等14种金属离子对碳量子点荧光强度的影响见图4，其中只有Cu2+对碳量子点有明显的荧光猝灭作用，而其他金属离子对碳量子点荧光强度的影响基本不大。所制备的水溶性荧光碳量子点对Cu2+离子有很好的选择性，可以作为荧光探针来检测水中的Cu2+。
对比例1
将碳源黑木耳用蒸馏水洗净后取2.5g放入15ml高压反应釜中，然后加入0.2g的尿素，10ml蒸馏水，将反应釜放入烘箱中在200℃下反应5h，反应结束后将所得反应产物过滤，得碳量子点的荧光量子产率为19.38％。
对比例2
将碳源黑木耳用蒸馏水洗净后取2.5g放入15ml高压反应釜中，然后加入0.3g的尿素，10ml蒸馏水，将反应釜放入烘箱中在200℃下反应5h，反应结束后将所得反应产物过滤，得碳量子点的荧光量子产率为19.64％。
实施例中发现碳量子点的制备条件对碳量子点的荧光量子产率有一定影响，实施例1加入尿素的量为0.5g，对比例1、2中加入尿素的量分别为0.2和0.3g，结果发现尿素的量为0.5g时碳量子点的荧光量子产率最高。

Claims (4)

1.一种用于检测Cu2+的碳量子点材料的制备方法，其特征在于：将碳源黑木耳放入高压反应釜中，然后加入一定量的尿素，蒸馏水，将反应釜放入烘箱中进行高温反应，反应结束后将所得反应产物过滤，向过滤后的产物中加入一定量的抗坏血酸，再加入Ag+溶液，在磁力搅拌下反应6h，即得银修饰的碳量子点溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述黑木耳的质量2.5g，尿素0.5g，二次水10ml，1ml 5mM/L的Ag+和0.1g抗坏血酸。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应釜放入烘箱中进行高温反应的反应温度为200℃，反应时间为5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：过滤碳量子点所用滤纸的孔径为0.22um。
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