CN105176528B - 一种氮掺杂碳基量子点的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氮掺杂碳基量子点的制备方法。该方法将廉价的碳源与氮源直接混合后通过微波碳化得到氮掺杂碳基量子点。本发明方法制备的氮掺杂碳基量子点中的氮的化学态以氨基型氮、吡啶型氮、吡咯型氮及四元环氮四种结构形式同时存在于碳基量子点表面及其骨架结构中，且氮化学态相对含量与光学化学特性可调，制备得到的氮掺杂碳基量子点的荧光发光效率高，催化效果好，并可通过表面修饰进一步改善其性能用于催化等领域。此外，制备过程采用直接将氮源与碳源混合碳化，不需外加吸波材料，整个制备过程简单迅速；又制备所得的碳基量子点不溶于水，可在短时间内完成碳基量子点的分离提纯，产量高，对碳基量子点的生产及应用推广具有重要意义。

Description

一种氮掺杂碳基量子点的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料科学领域，具体涉及为利用微波辅助法一步合成氮掺杂碳基纳米粒子的方法。

背景技术

近年来，由碳元素组成的碳纳米材料不断被发现，它的低毒甚至无毒性使之成为21世纪科技创新的热点材料。碳基纳米粒子(碳基量子点)作为新型碳纳米材料于2004年被Sun发现，它不仅有着半导体量子点优异的发光性能：具有宽而连续的激发光谱，可以实现一元激发、多元发射的特性；发射波长跨度大，从可见光区一直延续到近红外光区；荧光稳定性高，生物相容性好。且和半导体量子点相比，碳基量子点分子量更小，在生物成像、光催化、离子检测、光伏器件等领域有着长远的应用前景。

前期研究发现，纯的碳基量子点的发光效率和催化效果较低，但通过掺杂其他元素及表面修饰后，量子点的发光效率和催化效果得到较大提高。首先，在对纯的碳基量子点进行元素掺杂时，考虑到氮元素与碳元素相邻，因此对其进行氮元素掺杂是一种可行有效的方法。Pin-Che Hsu等用甘氨酸、乙二胺四乙酸和尸胺分别作为碳源，在高温高压反应釜中反应12h，获得水溶性的、发光效率为30.6％的氮掺杂碳基量子点，大大提高了碳基量子点的发光效率。在表面修饰方面，我们利用树枝状结构偶氮苯大分子对以尿素为氮源制备的氮掺杂碳基量子点进行表面修饰，结果表明修饰之后的碳基量子点的荧光发光效率得到进一步改善，荧光发光效率提升高达74％。另外，RuiMi等将氮掺杂的碳基纳米材料直接生长在泡沫镍上，并用于Li-O₂电池的阴极中，结果表明发现氮掺杂的碳基纳米材料用于电池结构中后，其电池充放电性能得到进一步改善，说明氮掺杂碳基纳米材料在电催化等领域具有重要作用。

李晓峰等人(氮掺杂碳量子点的合成、表征及其在细胞成像中的应用，《材料科学与工程学报》2015年01期)以葡萄糖和甘氨酸为混合碳源，在较低温度下经水热法一步合成了氮掺杂的荧光碳量子点(N-CQDs)。研究表明对碳量子点进行氮掺杂能有效提高其荧光量子产率，其荧光增强是由于表面形成了大量强供电子基团。氮掺杂碳量子点还具有水溶性好、粒度均匀、优异的光致发光性质、低的细胞毒性、多波长成像等诸多优点，有望作为荧光探针应用于细胞成像等领域。

专利申请号为201410572099.2的专利将十八胺加入到十八烯中，利用与柠檬酸反应一步得到发光可调的掺氮碳量子点，此种方法制备的氮掺杂碳基量子点可溶于甲苯、氯仿等有机溶剂，对开发新型有机纳米材料具有重要意义。

专利201410422770.5提出一种基于有机小分子微波固相反应合成碳基量子点的方法，具体为在不借助液体介质的情况下，将糖类、柠檬酸类或者氨基酸类有机小分子与吸波材料混合，经过微波碳化及经过硅胶色谱柱层析得到碳基量子点，此种方法虽然反应时间短，但后续利用硅胶色谱柱进行提纯在一定程度上增加了整体制备时间，且制备过程中需要加入硅胶等物质作为吸波材料，这对碳基量子点的纯度也有一定影响。

随着研究的进一步深入，如何利用简单的设备及工艺流程获得性质稳定、荧光发光效率高、催化效果好的碳基量子点是目前急需解决的问题。一方面，比较碳基量子点的制备方法，发现利用微波辅助法不仅设备要求简单、反应时间短，而且废液排放较少有利于环境保护，因此，微波辅助反应法是一种有效的制备方法，但在此基础上需要解决外加吸波材料对合成碳基量子点纯度的影响问题。另一方面，一步完成对碳基量子点的氮元素掺杂不仅可以简化碳基量子点的合成步骤，同时可获得高发光效率的碳基量子点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的碳基量子点荧光发光效率和催化效果较低等缺点，提供一种制备氮掺杂碳基量子点的方法。本发明的另一目的是通过调控氮掺杂及表面修饰达到改善其光学化学性能。相对于氮掺杂碳基量子点合成较为复杂、繁琐的现状，本发明方法通过固相微波反应一步制备得到氮掺杂碳基量子点，不仅避免了加入的吸波材料对其纯度的影响，而且结合简单有效的提纯方式就可以获得高纯度的氮掺杂碳基量子点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种制备氮掺杂碳基量子点的方法，将碳源与氮源混合，直接进行微波碳化反应，制备得到氮掺杂碳基量子点。本发明方法并不需要添加其他辅助的吸波材料，大大降低了其它杂质的干扰影响。

在本发明的氮掺杂碳基量子点的制备方法中，对于碳基量子点的合成过程中反应底料的要求较低，可以使用廉价的碳源与氮源，大大降低了合成碳基量子点的成本。最重要的是本发明的合成方法简单易行，收率高，所得碳基量子点荧光发光效率好。

进一步，所述碳源是柠檬酸，所述氮源是咪唑类化合物。所述咪唑类化合物包括咪唑和其衍生物。所述氮源可以是咪唑和其衍生物中的一种或多种。本发明通过咪唑类化合物与柠檬酸的微波反应一步制备得到荧光发光效率高的氮掺杂碳基量子点，咪唑类化合物的分子结构中的五元芳杂环含有两个间位氮原子，在与柠檬酸进行反应时，氮元素参与碳基量子点结构的形成，因此氮元素以多种结构形式同时存在于碳基量子点的表面与内部结构中。通过此种方法可一步获得了氮掺杂碳基量子点，大大简化了氮掺杂碳基量子点的合成步骤。另外，选用的碳源和氮源均为常用试剂、价格低廉，且利用此种方法获得的氮掺杂碳基量子点荧光发光效率高、性质稳定，为碳基量子点检测、生物标记、光电、催化等领域的应用打下基础。

进一步的，制备氮掺杂碳基量子点的碳源和氮源的摩尔比为1:0.5～1:12。即碳源柠檬酸和氮源咪唑类化合物的摩尔比例为1:0.5～1:12。在制备过程中直接将两种化合物进行物理混合，不需要加入其他吸波材料。咪唑类化合物的分子结构中的含氮的五元芳杂环对于碳基量子点中氮元素的掺杂具有直接影响，随着氮源摩尔量的增加，通过微波碳化制备得到的碳基量子点具有更高的产量收率，且碳基量子点中氮元素含量也在增加，进而使得其荧光发光效率和催化效果得到提高，具有更好的应用前景。优选的，碳源和氮源的摩尔比例为1：5～1：8。

进一步的，咪唑类化合物可为能与水混溶的咪唑化合物的一种或者几种。所述咪唑衍生物是：1-乙烯基咪唑、N-乙基咪唑、2-溴-4-硝基咪唑、1，2-二甲基咪唑、4-硝基咪唑、苯并咪唑、1-正丁基咪唑、1-(4-硝基苄基)咪唑、1-(4-氨基苄基)咪唑、2,5,6-三甲基苯并咪唑、2-羟基苯并咪唑、1-三苯甲基咪唑、1-(4-甲醛基苯基)咪唑、1-(4-硝基苯)-1H-咪唑、1-(4-氨基苯基)咪唑、N-丙基咪唑、N-乙酰基咪唑、2-十一烷基咪唑、2，4-二甲基咪唑、4,5-二苯基咪唑、4-氮杂苯并咪唑。优选的，可采用咪唑、甲基咪唑、2-乙基咪唑等水溶性咪唑类化合物作为氮源。

进一步的，微波功率控制为不低于100W，微波功率控制主要是针对咪唑和柠檬酸在微波作用下碳化反应时，化合物键断裂的能量需求，控制适宜的微波功率输入才能有效的保证必的键要断裂开来，而非目标键保持稳定。微波反应时间不适宜过长或过短，因为微波作功直接对应影响到合成碳基量子点过程中，碳源和氮源吸收足够能量后转变为纳米材料，量子点的生成速率达到平衡后，再继续微波处理并不能增加转化率，反而会破坏已经生成的碳基量子点，产生难以清除的杂质成分。另外，微波功率和微波时间的选择与反应容器和反应物的总量相关，反应工艺设计应以每单位体积反应物料所需要的微波能量来考虑，且生产工艺设计可也将微波源与反应物流管结合，形成动态连续生产工艺。优选的，控制每单位体积容量(每升反应原料)反应物料所需要的微波能量不低于1000KJ。

进一步的，微波碳化反应得到的氮掺杂碳基量子点，用水提纯。去除未反应的可溶于水的碳源与氮源，柠檬酸和咪唑都是易溶于水，去除未反应原料的效率高，且易操作成本低。

进一步的，对氮掺杂碳基量子点进行干燥时，采用真空干燥法或其他干燥法。例如，可采用真空干燥处理1～2h，将水分去除得到干燥碳基量子点固体。

进一步，制备得到的氮掺杂碳基量子点中氮元素以氨基型、吡啶型、吡咯型和四元环型四种结构形式存在，且氮元素占碳基量子点总元素含量的范围为3％～60％(重量)。

进一步，制备得到的氮掺杂碳基量子点是非水溶性的。所得氮掺杂的碳基量子点可分散在有机溶液中，优选的可以分散在无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜中。

进一步，制备得到的氮掺杂碳基量子点分散在有机溶液中获得碳基量子点溶液，在365nm紫外光照射下能发射出蓝色荧光，荧光发光效率为10％～30％。制备得到的氮掺杂碳基量子点可以应用于细胞标记和催化领域中。

进一步，制备得到的氮掺杂碳基量子点可通过表面修饰。表面修饰进一步提高其荧光发光效率。优选的，采用树枝状结构偶氮苯大分子对其进行表面修饰，经修饰后，氮掺杂碳基量子点的荧光发光效率高达70％。

进一步，制备得到的氮掺杂碳基量子点可用于生物标记、催化等领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的氮掺杂碳基量子点的制备方法原料廉价，工艺简单可靠，制备周期短，重复性好，适合大规模生产。

2.本发明制备的氮掺杂碳基量子点其中氮元素以氨基型、吡啶型、吡咯型和四元环型四种结构形式存在，通过实验的调控可以控制不同氮化学态含量，且氮元素不仅存在于碳基量子点表面，同样存在于碳基量子点内部结构中，氮元素占碳基量子点总含量的范围为3％～60％。

3.本发明制备的氮掺杂碳基量子点为非水溶性的，容易提纯。

4.本发明制备的氮掺杂碳基量子点发光效率高，以9，10-二苯基蒽的环己烷溶液为参照物，所得氮掺杂碳基量子点的荧光发光效率为13％～30％。对制备的氮掺杂碳基量子点进行表面修饰，荧光发光效率得到进一步提升，最高达到70％。

附图说明：

图1是氮掺杂碳基量子点的制备流程示意图。

图2是氮掺杂碳基量子点的紫外-可见吸收光谱。

图3是氮掺杂碳基量子点的荧光发射光谱。

图4是氮掺杂碳基量子点的拉曼光谱图。

图5是氮掺杂碳基量子点溶液在普通日光下照片(左a)及紫外光下照片(右b)。

具体实施方式

更具体而言，一种本发明的氮掺杂碳基量子点的制备过程，包括以下步骤：

(1)将咪唑类化合物和柠檬酸混合，搅拌均匀。

(2)利用微波辐照加热步骤1混合均匀的物料，获得含有碳基量子点的固体。

(3)将步骤2得到的固体分散在二次水溶液中，使其中未反应的咪唑类化合物及柠檬酸溶解在水相中，过滤，特别是抽滤，多次水洗去除未反应的原料，最终得到不溶于水的滤饼，此滤饼为不溶于水相的碳基量子点。

(4)将步骤3中得到的滤饼真空干燥得到非水溶性的碳基量子点固体。

进一步，的氮掺杂碳基量子点的制备方法，包括以下步骤：

(1)将柠檬酸和咪唑类化合物按摩尔比1:0.5～1:12混合均匀，其中柠檬酸为碳源，咪唑类化合物为氮源。

(2)将步骤1混合物料用高于100W微波加热处理1～15分钟，得到含有碳基量子点的棕黑色固体。根据反应原料的选择调整，微波碳化得到的碳基量子点颜色可能有所差异，但不影响发明目的的实现。优选的，为了方便微波处理可以选择将混合物料置于微波炉中，进行微波处理，控制控制每单位体积(每升)反应物料所需要的微波能量不低于1000KJ，即可得到含有碳基量子点的固体。

(3)往步骤2得到的固体中加入二次水，超声分散10～60分钟，最好是超声分散20～30min，过滤除去水分，即得碳基量子点产物。优选的，多次水洗除去水溶性杂质。最好是利用真空抽滤及多次水洗，去除未反应的柠檬酸与咪唑类化合物，获得纯碳基量子点的滤饼固体。

(4)将滤饼置于真空烘箱中，设置真空温度为50～60℃，干燥1～2小时，得到纯净的氮掺杂碳基量子点固体。

本发明是以廉价的柠檬酸为碳源、咪唑类化合物为氮源利用固相微波辅助法一步制备发光效率高及催化效果好的氮掺杂碳基量子点。将柠檬酸与咪唑类化合物固体直接混合置于微波炉中，通过微波炉加热碳化获得氮掺杂碳基量子点，制备流程示意图为图1。制备的氮掺杂碳基量子点不能分散于水相中，因此可通过多次水洗及真空抽滤提纯直接获得纯化的碳基量子点。

进一步，所用的柠檬酸为碳源与咪唑类化合物为氮源，优选碳源和氮源摩尔比例为1.0.5～1:12。另外，微波功率高于100W，反应时间为1～15min。反应完成后利用真空抽滤及二次水冲洗去除未反应的柠檬酸与咪唑类化合物，将滤饼放入60℃真空干燥箱中干燥1h，获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。例如，可以采用微波炉进行微波处理，设置为中火以100～800W功率实现微波反应，微波处理时间为3～6分钟。

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。

实施例1

取3g柠檬酸与0.9378g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:1)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为3min，待反应完成后获得棕黑色固体，其中即含有目标的氮掺杂碳基量子点。

进一步，对产物进行纯化处理。向棕黑色固体烧杯中加入二次水，超声分散30min，对溶液进行真空抽滤，并用二次水多次冲洗，去除可溶于水的未反应的柠檬酸与咪唑，获得氮掺杂碳基量子点滤饼。最后将此滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥1h，获得纯的氮掺杂碳基量子点固体，测试其具体氮含量与荧光发光效率结果如表1。

实施例2

取3g柠檬酸与2.8594g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:3)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为3min，待反应完成后获得棕黑色固体。向烧杯中加入二次水，超声分散30min，对溶液进行真空抽滤，并用二次水多次冲洗，去除可溶于水的未反应的柠檬酸与咪唑，获得氮掺杂碳基量子点滤饼。最后将此滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥1h，获得纯的氮掺杂碳基量子点固体，测试紫外吸收光谱及荧光发射光谱如图2和图3，其具体氮含量与荧光发光效率结果如表1。

实施例3

取3g柠檬酸与4.6847g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:5)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为4min，待反应完成后获得棕黑色固体。往棕黑色固体烧杯中加入二次水，超声分散30min，对溶液进行真空抽滤，并用二次水多次冲洗，去除可溶于水的未反应的柠檬酸与咪唑，获得氮掺杂碳基量子点滤饼。最后将此滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥1h，获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。取适量氮掺杂碳基量子点固体进行拉曼测试，获得的Raman光谱如图4，其具体氮含量与荧光发光效率结果如表1。

实施例4

取3g柠檬酸与7.4955咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:8)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为4min，待反应完成后获得棕黑色固体。向烧杯中加入二次水，超声分散30min，对溶液进行真空抽滤，并用二次水多次冲洗，去除可溶于水的未反应的柠檬酸与咪唑，获得氮掺杂碳基量子点滤饼。最后将此滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥1h，获得纯的氮掺杂碳基量子点固体，其具体氮含量与荧光发光效率结果如表1。

表1 氮掺杂碳基量子点的元素分析及其荧光发光效率

表1为不同摩尔比的碳源与氮源制备得到的碳基量子点的各元素分析及其荧光发光效率。在元素分析中，碳、氢、氮含量总和为100％，从表1中发现，随着氮源咪唑用量的增加，所制备的碳基量子点中碳元素含量变少，而氮元素含量变多，说明有更多氮参与到碳基量子点的合成。另外，随着氮源用量的增加，氮元素中以吡啶型及氨基型存在的化学态含量占总氮含量的比例变大，且荧光发光效率也随之增加，说明碳基量子点的荧光发光效率与吡啶型、氨基型氮含量密切相关，当这两种化学态的氮元素含量较多时，有更多的孤对电子可参与电子传递和激子复合，最终提高碳基量子点的荧光发光效率。

实施例5

取3g柠檬酸与0.47656g咪唑固体(柠檬酸与咪唑物质的量比为1:0.5)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为3min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，得氮掺杂碳基量子点固体，经检测分析，其荧光发光效率为12.61％。

实施例6

取3g柠檬酸与11.43742g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:12)置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的柠檬酸与咪唑直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为6min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，可获得发光效率为30％纯的氮掺杂碳基量子点固体。

将所获得的氮掺杂碳基量子点分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液中获得碳基量子点溶液，溶液在普通光照条件下的照片以及放置于365nm紫外光下的照片进行对比，结果如图5所示。本发明方法制备得到的碳基量子点具有良好的荧光特性，具有良好的市场应用前景。

实施例7

取3g柠檬酸与4.4989g2-乙基咪唑(柠檬酸与2-乙基咪唑物质的量比为1:3)固体置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的两种化合物直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为3min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，可获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。

实施例8

采用实施例2的方法制备得到氮掺杂碳基量子点。将氮掺杂碳基量子点用树枝状结构偶氮苯大分子进行修饰，其荧光发光效率得到进一步提升，最终荧光发光效率可由30％提升到70％。

对比例1

取3g柠檬酸与4.6847g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:5)固体置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的两种化合物直接置于微波炉中，设置微波炉功率为1000W，反应时间为4min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，可获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。经检测分析，其荧光发光效率仅为12.15％。

对比例2

取3g柠檬酸与4.6847g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:5)固体置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的两种化合物直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为20min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，可获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。经检测分析，其荧光发光效率仅为7％。反应增长时间太长导致所得碳基量子点出现团聚现象，荧光发光效率反而大幅度下降，在浪费能源的同时，碳基量子点的实际应用价值降低。

对比例3

取3g柠檬酸与0.2813g咪唑固体(柠檬酸与咪唑摩尔比为1:0.3)固体置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的两种化合物直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为3min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，可获得纯的氮掺杂碳基量子点固体。经检测分析，其荧光发光效率仅为5.86％。

对比例4

取3g柠檬酸与0.3513g 1-正丁基咪唑固体置于烧杯中，用玻璃棒搅拌进行物理混合，将混合后的两种化合物直接置于微波炉中，设置微波炉功率为500W，反应时间为4min，待反应完成后获得棕黑色固体。采用和实施例1中相同的分离提纯方法，无法分离除去正丁基咪唑，获得氮掺杂碳基量子点中混有1-正丁基咪唑，经检测分析，其荧光发光效率仅为2.25％。

Claims (8)

1.一种制备氮掺杂碳基量子点的方法，将碳源与氮源混合，直接进行微波碳化反应1-15min，制备得到氮掺杂碳基量子点；

所述碳源是柠檬酸，所述氮源是咪唑类化合物；

所述咪唑类化合物选自咪唑和咪唑衍生物中一种或者几种，且能与水混溶；

所述氮源是咪唑和其衍生物中的一种或多种；

制备氮掺杂碳基量子点的碳源与氮源的摩尔比为1:0.5~1:12；

微波碳化反应得到的氮掺杂碳基量子点，用水洗提纯。

2.如权利要求1所述的氮掺杂碳基量子点的制备方法，其特征在于，所述咪唑衍生物是：1-乙烯基咪唑、N-乙基咪唑、2-溴-4-硝基咪唑、1，2-二甲基咪唑、4-硝基咪唑、苯并咪唑、1-正丁基咪唑、1-(4-硝基苄基)咪唑、1-(4-氨基苄基)咪唑、2,5,6-三甲基苯并咪唑、2-羟基苯并咪唑、1-(4-甲醛基苯基) 咪唑、1-(4-硝基苯)-1H-咪唑、1-(4-氨基苯基)咪唑、N-丙基咪唑、N-乙酰基咪唑、2，4-二甲基咪唑、4-氮杂苯并咪唑。

3.如权利要求1所述的氮掺杂碳基量子点的制备方法，其特征在于，氮源是：咪唑、甲基咪唑和2-乙基咪唑。

4.如权利要求1所述的氮掺杂碳基量子点的制备方法，其特征在于，制备得到的氮掺杂碳基量子点中氮元素占碳基量子点总元素含量的范围为重量百分比3%~60%。

5.如权利要求1所述的氮掺杂碳基量子点的制备方法，其特征在于，所得氮掺杂碳基量子点还经过表面修饰。

6.如权利要求5所述的氮掺杂碳基量子点的制备方法，其特征在于，采用树枝状结构偶氮苯大分子对其进行表面修饰。

7.如权利要求1-6任意一项所述方法制备得到的碳基量子点。

8.如权利要求7所述碳基量子点在生物标记、催化领域的应用。