CN106809815B - 一种碳量子点、其制备方法及用途 - Google Patents

一种碳量子点、其制备方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碳量子点、其制备方法及用途，该碳量子点的制备方法包括如下步骤：(1)制备碳基材料分散液；(2)将卤代醌溶液与碳基材料分散液混合，采用卤代醌嫁接法制备碳基‑卤代醌复合材料分散液；(3)向碳基‑卤代醌复合材料分散液中加入H2O2溶液进行反应，得到反应产物；(4)将反应产物进行固液分离，所得滤液继续反应，即得到碳量子点分散液。该方法采用非金属催化氧化制备碳量子点，过程安全、简便，成本低，条件温和，无需额外加入难以分离的物质，制得的量子点分散性好易分离，能够实现以污治污，制得的碳量子点在有机污染物降解、电化学传感器、超级电容器、发光材料及光电器件等领域应用前景广阔。

Description

一种碳量子点、其制备方法及用途
技术领域
本发明属于催化纳米材料技术领域，尤其涉及一种碳量子点、其制备方法及用途。
背景技术
碳量子点(CQDs)横向尺寸在100纳米以下，具有离散的电子带，具有典型的半导体特性、光致发光性、超小的尺寸和无毒性，其用于传感电极材料也显示出广阔的应用前景。
CQDs的合成方法主要包括水热法、电化学法、化学剥离碳纤维法、紫外刻蚀法、溶液化学法、超声波和微波法等。然而，工艺繁琐、掺杂条件复杂、反应条件严苛、时间消耗、低产率以及芳香碳骨架的损坏限制了其大规模制备及应用。因此，如何设计出一种简单有效、经济环保的碳量子点材料制备方法，具有十分重要的科研价值和工业意义。
文献(Photo-Fenton reaction of graphene oxide:A new strategy toprepare graphene quantum dots for DNA cleavage.Acs Nano 6.8(2012):6592-6599)报道了一种利用芬顿法制备石墨烯量子点的方法，原理是芬顿反应产生的羟基自由基直接氧化GO，产生大量的GQDs。此法简单方便，但是外加的铁离子会使尺寸极小的石墨烯量子点分离极其困难；文献(Molecular mechanism for metal-independent production ofhydroxyl radicals by hydrogen peroxide and halogenated quinones.PNAS 104(2007):17575-17578)发现H2O2和氯酚的代谢产物四氯苯醌能通过不依赖于金属离子的途径产生羟基自由基，且氯代醌同时脱卤解毒，反应成本低且能够同时实现污染物降解，是一种较为理想的新型自由基产生方法。
然而，迄今为止，国内外尚未有利用无金属催化产自由基制备量子点的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳量子点、其制备方法及用途，所述碳量子点的制备方法是无金属依赖的高级氧化法，所述方法制备碳基量子点的成本低，反应条件温和，无二次污染，且量子点分散性好易分离，能够实现以污治污，在有机污染物降解、电化学传感器、超级电容器、发光材料及光电器件等领域具有重大的应用价值。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳量子点的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备碳基材料分散液；
(2)将卤代醌溶液与碳基材料分散液混合，采用卤代醌嫁接法制备碳基-卤代醌复合材料分散液；
(3)向碳基-卤代醌复合材料分散液中加入H2O2溶液进行反应，得到反应产物；
(4)将反应产物进行固液分离，所得滤液继续反应，即得到碳量子点分散液。
本发明提供的制备碳量子点的方法，其理论基础是：卤代苯醌在H2O2存在时可不依赖过渡金属离子而产生羟基自由基，碳材料的碳骨架内本身带有表面含氧基团和表面缺陷，羟基自由基进一步产生氧化作用将碳材料切割和氧化成尺寸在100nm以下的碳量子点。碳量子点可以进一步促进自由基的生成。
步骤(1)所述碳基材料分散液的制备方法为：将碳基材料超声分散于溶剂中。
优选地，所述超声的功率为50～200W，如60W、70W、80W、100W、120W、150W或180W等，优选为50～80W。
优选地，所述超声的时间为0.5～24h，如1h、2h、3h、5h、8h、10h、12h、15h、18h、20h或22h等，优选为1～5h。
优选地，所述溶剂为水。
优选地，步骤(1)所述碳基材料为氧化石墨、石墨烯、碳纳米管、活性炭、碳纤维、碳黑、碳化后的天然有机物中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合为：氧化石墨与石墨烯，碳纳米管、活性炭与碳纤维，碳黑与碳化后的天然有机物，氧化石墨、石墨烯、碳纳米管与活性炭，碳纤维、碳黑与碳化后的天然有机物等。
优选地，步骤(1)所述碳基材料分散液中碳基材料的浓度为0.001～10mg/mL，如0.005mg/mL、0.01mg/mL、0.02mg/mL、0.05mg/mL、0.08mg/mL、0.1mg/mL、0.5mg/mL、1mg/mL、1.2mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、5mg/mL、8mg/mL或9mg/mL等，优选为1～3mg/mL。
步骤(2)所述卤代醌嫁接法为将卤代醌溶液与碳基材料混合后进行超声。
优选地，所述混合的方式为将卤代醌溶液滴加到碳基材料分散液中。
优选地，所述超声的功率为50～200W，如60W、70W、75W、100W、120W、150W、180W或190W等，优选为50～80W。
优选地，所述超声的时间为0.5～48h，如1h、2h、5h、8h、10h、12h、15h、20h、25h、30h、35h、40h或45h等，优选为1～8h。
优选地，步骤(2)所述卤代醌溶液与碳基材料分散液混合后的pH为4～9，如4、5、6、7、8或9等，优选为6～8。
步骤(2)所述卤代醌溶液中的卤代醌为一氯代醌、二氯苯醌、三氯苯醌、四氯苯醌、一溴代醌、二溴苯醌、三溴苯醌、四溴苯醌或四氟苯醌中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合为：一氯代醌与二氯苯醌，一溴代醌与二溴苯醌，三氯苯醌、四氯苯醌与一溴代醌，二溴苯醌、三溴苯醌、四溴苯醌与四氟苯醌，二氯苯醌、三氯苯醌、四氯苯醌与一溴代醌等。
优选地，步骤(2)所述卤代醌溶液的溶剂为乙腈、乙醇、DMSO(二甲基亚砜)或DMF(二甲基甲酰胺)中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合为乙腈与乙醇，DMSO与DMF，乙腈、乙醇与DMSO，乙腈、乙醇、DMSO与DMF等。
优选地，步骤(2)所述卤代醌溶液的质量浓度与碳基材料分散液的质量浓度之比为0.1～30，如0.5、0.8、1、2、3、5、8、10、12、15、20、25或28等，优选为1～3。
优选地，步骤(2)所述卤代醌溶液的溶剂与碳基-卤代醌复合材料分散液的溶剂的体积比为1～50％，如2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或48％等，优选为2～10％。
步骤(3)所述H2O2溶液的质量浓度与卤代醌溶液的质量浓度之比为1～20，如2、5、8、10、12、15或18等，优选为5～10。
优选地，步骤(3)所述H2O2溶液的浓度为0.1～100mM，如0.2mM、0.5mM、1.5mM、1mM、5mM、10mM、15mM、35mM、50mM、75mM或95mM等，优选为5～50mM，所述mM是指mmol/L。
优选地，步骤(3)所述反应是在水浴搅拌条件下进行的。
优选地，所述搅拌的速率为50～300r/min，如60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、100r/min、120r/min、150r/min、180r/min、200r/min、220r/min、250r/min或280r/min等，优选为100r/min。
优选地，所述水浴的温度为15～35℃，如18℃、20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃或34℃等，优选为25℃。
优选地，步骤(3)所述反应的温度为20～80℃，如25℃、30℃、40℃、45℃、50℃、60℃、70℃或75℃等，优选为20～35℃。
优选地，步骤(3)所述反应的时间为0.1～48h，如0.5h、1h、2h、3h、4h、8h、10h、20h、30h、35h、40h或45h等，优选为0.1～5h。
步骤(4)所述固液分离的方式为滤膜过滤。
优选地，步骤(4)所述滤膜过滤使用的滤膜为聚醚砜膜、聚四氟乙烯膜、玻璃纤维膜、聚偏氟乙烯膜或聚酰胺膜中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合为：聚醚砜膜与聚四氟乙烯膜，玻璃纤维膜、聚偏氟乙烯膜与聚酰胺膜，玻璃纤维膜与聚偏氟乙烯膜，聚偏氟乙烯膜与聚酰胺膜，聚醚砜膜、聚四氟乙烯膜、玻璃纤维膜与聚偏氟乙烯膜，聚醚砜膜、聚四氟乙烯膜、玻璃纤维膜、聚偏氟乙烯膜与聚酰胺膜等。
优选地，步骤(4)所述反应在水浴搅拌条件下进行。
优选地，步骤(4)所述反应的水浴温度为15～35℃，如18℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃或34℃等，优选为25℃。
优选地，步骤(4)所述搅拌的时间为2～72h，如5h、8h、10h、15h、18h、20h、25h、30h、35h、40h、50h、60h、65h或70h等，优选为12～48h。
为使得碳量子点在保持原有性质的同时便于保管和运输，所述碳量子点的制备方法还包括步骤(5)：将碳量子点分散液进行真空冷冻干燥，得到固体碳量子点。
优选地，步骤(5)所述真空冷冻干燥的干燥温度为-10℃～-100℃，如-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃、-50℃、-60℃、-70℃、-80℃、-90℃或-95℃等，优选为-50℃～-70℃。
优选地，步骤(5)所述真空冷冻干燥的真空度为2～10Pa，如2.5Pa、3Pa、5Pa、7Pa、8Pa或9Pa等，优选为5～8Pa。
优选地，步骤(5)所述真空冷冻干燥的干燥时间为0.5h～48h，如0.8h、1h、2h、3h、5h、8h、10h、12h、15h、18h、20h、25h、28h、30h、35h、40h或45h等，优选为20～30h。
作为优选的技术方案，所述碳量子点的制备方法包括如下步骤：
(1)将碳基材料超声分散到水中，超声的功率为50～200W，时间为0.5～24h，得到浓度为0.001～10mg/mL的碳基材料分散液；
(2)将卤代醌溶液滴加到碳基材料分散液中，卤代醌溶液与碳基材料分散液的质量浓度之比为0.1～30，超声0.5～48h，调节混合液的pH为4～9，得到碳基-卤代醌复合材料分散液；
(3)向碳基-卤代醌复合材料分散液中加入H2O2溶液进行反应，H2O2的质量浓度与卤代醌溶液的质量浓度比为1～20，反应温度为20～80℃，反应时间为0.1～48h，反应过程中进行搅拌，搅拌速率为50～300r/min，得到反应产物；
(4)将反应产物用滤膜过滤，所得滤液继续在15～35℃水浴条件下搅拌反应2～72h，得到碳量子点分散液；
(5)将碳量子点分散液在-10℃～-100℃真空冷冻干燥0.5h～48h，得到碳量子点。
本发明还提供了一种根据如上所述的制备方法制备得到的碳量子点，所述碳量子点尺寸均匀，尺寸为8～15nm，如9nm、10nm、11nm、12nm或14nm等，分散性好，易分离。
本发明还提供了所述碳量子点的用途，其用于有机污染物降解、电化学传感器、超级电容器、发光材料或光电器件领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的碳量子点的制备方法采用非金属催化氧化，过程安全且简便，能够不使用金属催化剂有效地生成羟基自由基切割碳形成量子点且使反应有机物毒性降低，并且制备碳量子点的成本低。
2、本发明提供的碳量子点的制备方法相对于现有的碳量子点的制备方法，条件温和，不需要光照、辐射和高温加热，无二次污染，并且无需额外加入难以分离的物质，量子点分散性好易分离。
3、本发明提供的碳量子点的制备方法能够实现以污治污，在有机污染物降解、电化学传感器、超级电容器、发光材料及光电器件等领域应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的材料的透射电镜图(TEM)，其中(a)为反应前的氧化石墨透射电镜图片，(b)为制得的石墨烯量子点透射电镜图片。
图2是本发明实施例1制得的石墨烯量子点的荧光光谱曲线，其中激发波长为330nm。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
(1)采用改进Hummers法制备氧化石墨，取1.5mg/mL的氧化石墨溶液(GO)在水中超声1h，功率为50W，形成均一的分散液；
(2)将四氯苯醌溶解于5％的乙醇溶液中，取四氯苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四氯苯醌与石墨烯的浓度比例为3：1，使用NaOH调节溶液pH为7，超声嫁接2h，得到氧化石墨烯-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2溶液加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与四氯苯醌的浓度比为10:1，将体系在25℃下水浴搅拌0.5h；
(4)步骤(3)反应后的溶液用聚四氟乙烯滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌24h，得到碳量子点分散液；
(5)所得碳量子点分散液在-50℃下真空冷冻干燥48h，真空度为5Pa，获得固体石墨烯量子点。
图1是本发明实施例所制得的材料的透射电镜图(TEM)，其中(a)为反应前的氧化石墨透射电镜图片，(b)为制得的石墨烯量子点透射电镜图片。
图2是本发明实施例所制得的材料的荧光发射光谱。其中激发波长为330nm。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：此例所得石墨烯量子点分布均匀，尺寸在10nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度3000以上。此材料可应用于发光器件。
实施例2
(1)取2mg/mL的石墨烯溶液在水中超声1.5h，功率为60W，形成均一的分散液；
(2)将2,5-二氯-1,4-苯醌溶解3％的乙腈溶液中，取2,5-二氯-1,4-苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，2,5-二氯-1,4-苯醌与石墨烯的浓度比例为2：1，使用NaOH调节溶液pH为7，超声嫁接1h，得到氧化石墨烯-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,5-二氯-1,4-苯醌的浓度比为5:1，将体系在25℃下水浴搅拌1h；
(4)步骤(3)反应后的溶液用聚四氟乙烯滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌30h，得到碳量子点分散液；
(5)碳量子点分散液在-50℃下真空冷冻干燥48h，真空度为8Pa，获得固体石墨烯量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：此例所得量子点分布均匀，尺寸在10nm左右，本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度2500以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于发光器件。
实施例3
(1)取1mg/mL的碳纳米管溶液在水中超声1h，功率为60W，形成均一的分散液；
(2)将四溴苯醌溶解5％的乙醇溶液中，取四溴苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四溴苯醌与碳纳米管的浓度比例为2：1，使用NaOH调节溶液pH为7，超声嫁接2h，得到碳纳米管-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与四溴苯醌的浓度比为8:1，将体系在25℃下水浴搅拌0.5h；
(4)步骤(3)反应后的溶液用聚四氟乙烯滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌24h，得到碳量子点分散液；
(5)碳量子点分散液在-60℃下真空冷冻干燥40h，真空度为6Pa，获得固体碳量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，碳量子点分布均匀，尺寸在15nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度2000以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于电化学传感器。
实施例4
(1)取1.5mg/mL的碳纤维材料溶液在水中超声2h，功率为50W，形成均一的分散液；
(2)将2,3,5-三氯-1,4-苯醌溶解4％的DMF溶液中，取2,3,5-三氯-1,4-苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，2,3,5-三氯-1,4-苯醌与碳纤维的浓度比例为1.5：1，使用NaOH调节溶液pH为6.8，超声嫁接1h，得到碳纤维-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,3,5-三氯-1,4-苯醌的浓度比为5:1，将体系在20℃下水浴搅拌0.5h；
(4)将步骤(3)反应后的溶液用聚四氟乙烯滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌40h，得到碳量子点分散液；
(5)将碳量子点分散液在-60℃下真空冷冻干燥24h，真空度为7Pa，获得固体碳量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，碳量子点分布均匀，尺寸在12nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度2200以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于超级电容器。
实施例5
(1)采用Hummers法制备氧化石墨，取2mg/mL的氧化石墨溶液(GO)在水中超声1.5h，功率为50W，形成均一的分散液；
(2)将四氯苯醌溶解2％的乙醇溶液中，取四氯苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四氯苯醌与石墨烯的浓度比例为2.5：1，使用NaOH调节溶液pH为6.8，超声嫁接1h，得到氧化石墨烯-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,3,5-三氯-1,4-苯醌的浓度比为2.5:1，将体系在25℃下水浴搅拌2h；
(4)将步骤(3)反应后的溶液用聚醚砜滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌24h，得到分散均匀的碳量子点分散液；
(5)将碳量子点分散液在-50℃下真空冷冻干燥20h，真空度为8Pa，获得固体石墨烯量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，石墨烯量子点分布均匀，尺寸在8nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度3500以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于超级电容器。
实施例6
(1)取3mg/mL的活性炭材料溶液在水中超声2h，功率为80W，形成均一的分散液；
(2)将四溴苯醌溶解5％的DMF溶液中，取四溴苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四溴苯醌与活性碳的浓度比例为3：1，使用NaOH调节溶液pH为6.8，超声嫁接1h，得到活性炭-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,3,5-三氯-1,4-苯醌的浓度比为2:1，将体系在25℃下水浴搅拌2.5h；
(4)将步骤(3)反应后的溶液用聚醚砜滤膜过滤，过滤后的滤液继续水浴搅拌48h，得到分散均匀的碳量子点分散液；
(5)将碳量子点分散液在-50℃下真空冷冻干燥24h，真空度为5Pa，获得固体碳量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，碳量子点分布均匀，尺寸在10nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度3800以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于有机物降解及光敏材料。
实施例7
(1)采用Hummers法制备氧化石墨，取2mg/mL的氧化石墨溶液(GO)在水中超声0.5h，功率为200W，形成均一的分散液；
(2)将三氯苯醌与四溴苯醌溶解于2％的乙醇与DMF的混合溶液中，取四氯苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四氯苯醌与石墨烯的浓度比例为0.1：1，使用NaOH调节溶液pH为4，超声嫁接1h，得到氧化石墨烯-卤代醌复合材料分散液；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,3,5-三氯-1,4-苯醌的浓度比为1:1，将体系在15℃下水浴搅拌48h，搅拌速度为50r/min；
(4)将步骤(3)反应后的溶液用聚酰胺膜过滤，过滤后的滤液继续在20℃下水浴搅拌72h，得到碳量子点分散液；
(5)将步骤(4)所得碳量子点分散液在-100℃下真空冷冻干燥0.5h，真空度为2Pa，获得固体石墨烯量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，石墨烯量子点分布均匀，尺寸在10nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度3500以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于超级电容器。
实施例8
(1)采用Hummers法制备氧化石墨，取2mg/mL的氧化石墨溶液(GO)在水中超声24h，功率为50W，形成均一的分散液；
(2)将四氯苯醌与二氯苯醌溶解于2％的乙醇溶液中，取四氯苯醌溶液滴加到步骤(1)所得的分散液中，四氯苯醌与石墨烯的浓度比例为30：1，使用NaOH调节溶液pH为9，超声嫁接0.5h，得到氧化石墨烯-卤代醌复合材料；
(3)将H2O2加入步骤(2)所得溶液中，其中H2O2与2,3,5-三氯-1,4-苯醌的浓度比为20:1，将体系在80℃下水浴搅拌0.1h，搅拌速度为300r/min；
(4)将步骤(3)反应样品用聚偏氟乙烯膜和玻璃纤维膜过滤，过滤后的滤液继续在35℃下水浴搅拌2h，得到碳量子点分散液；
(5)将步骤(4)所得碳量子点分散液在-10℃下真空冷冻干燥48h，真空度为10Pa，获得固体石墨烯量子点。
通过透射电镜分析及荧光光谱扫描分析知：本实施例的电镜扫描图片与实施例1中的图片类似，石墨烯量子点分布均匀，尺寸在9nm左右，在激发光谱330nm时发射光谱在425nm时存在最大值，最高值强度3500以上，本实施例的荧光光谱图与实施例1中的图片类似。此材料可应用于超级电容器。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (49)

1.一种碳量子点的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备碳基材料分散液；
(2)将卤代醌溶液与碳基材料分散液混合，采用卤代醌嫁接法制备碳基-卤代醌复合材料分散液；
(3)向碳基-卤代醌复合材料分散液中加入H2O2溶液进行反应，得到反应产物；
(4)将反应产物进行固液分离，所得滤液继续反应，即得到碳量子点分散液；
其中，步骤(2)所述卤代醌嫁接法为将卤代醌溶液与碳基材料混合后进行超声；步骤(2)所述卤代醌溶液与碳基材料分散液混合后的pH为4～9；
步骤(3)所述反应是在水浴搅拌条件下进行的。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳基材料分散液的制备方法为：将碳基材料超声分散于溶剂中。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为50～200W。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为50～80W。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声的时间为0.5～24h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述超声的时间为1～5h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳基材料为氧化石墨、石墨烯、碳纳米管、活性炭、碳纤维、碳黑、高温碳化后的天然有机物中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳基材料分散液中碳基材料的浓度为0.001～10mg/mL。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳基材料分散液中碳基材料的浓度为1～3mg/mL。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的方式为将卤代醌溶液滴加到碳基材料分散液中。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为50～200W。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为50～80W。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声的时间为0.5～48h。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述超声的时间为1～8h。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液与碳基材料分散液混合后的pH为6～8。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液中的卤代醌为一氯代醌、二氯苯醌、三氯苯醌、四氯苯醌、一溴代醌、二溴苯醌、三溴苯醌、四溴苯醌或四氟苯醌中的任意一种或至少两种的组合。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液的溶剂为乙腈、乙醇、DMSO或DMF中的任意一种或至少两种的组合。
19.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液的质量浓度与碳基材料分散液的质量浓度之比为0.1～30。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液的质量浓度与碳基材料分散液的质量浓度之比为1～3。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液的溶剂与碳基-卤代醌复合材料分散液的溶剂的体积比为1～50％。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述卤代醌溶液的溶剂与碳基-卤代醌复合材料分散液的溶剂的体积比为2～10％。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述H2O2溶液的质量浓度与卤代醌溶液的质量浓度之比为1～20。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述H2O2溶液的质量浓度与卤代醌溶液的质量浓度之比为5～10。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述H2O2溶液的浓度为0.1～100mM。
26.根据权利要求25所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述H2O2溶液的浓度为5～50mM。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速率为50～300r/min。
28.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速率为100r/min。
29.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水浴的温度为15～35℃。
30.根据权利要求29所述的制备方法，其特征在于，所述水浴的温度为25℃。
31.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的温度为20～80℃。
32.根据权利要求31所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的温度为20～35℃。
33.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为0.1～48h。
34.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为0.1～5h。
35.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述固液分离的方式为滤膜过滤。
36.根据权利要求35所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述反应的时间为，所述滤膜过滤使用的滤膜为聚醚砜膜、聚四氟乙烯膜、玻璃纤维膜、聚偏氟乙烯膜或聚酰胺膜中的任意一种或至少两种的组合。
37.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述反应在水浴搅拌条件下进行。
38.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述反应的水浴温度为15～35℃。
39.根据权利要求38所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述反应的水浴温度为25℃。
40.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述反应的搅拌时间为2～72h。
41.根据权利要求40所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述反应的搅拌时间为12～48h。
42.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤(5)：将碳量子点分散液真空冷冻干燥，得到固体碳量子点。
43.根据权利要求42所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的干燥温度为-10℃～-100℃。
44.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的干燥温度为-50℃～-70℃。
45.根据权利要求44所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的真空度为2～10Pa。
46.根据权利要求45所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的真空度为5～8Pa。
47.根据权利要求42所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的干燥时间为0.5h～48h。
48.根据权利要求47所述的制备方法，其特征在于，所述真空冷冻干燥的干燥时间为20～30h。
49.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将碳基材料超声分散到水中，超声的功率为50～200W，时间为0.5～24h，得到浓度为0.001～10mg/mL的碳基材料分散液；
(2)将卤代醌溶液滴加到碳基材料分散液中，卤代醌溶液与碳基材料分散液的质量浓度之比为0.1～30，超声0.5～48h，调节混合液的pH为4～9，得到碳基-卤代醌复合材料分散液；
(3)向碳基-卤代醌复合材料分散液中加入H2O2溶液进行反应，H2O2的质量浓度与卤代醌溶液的质量浓度比为1～20，反应温度为20～80℃，反应时间为0.1～48h，反应过程中进行搅拌，搅拌速率为50～300r/min，得到反应产物；
(4)将反应产物用滤膜过滤，所得滤液继续在15～35℃水浴条件下搅拌2～72h，得到碳量子点分散液；
(5)将碳量子点分散液在-10℃～-100℃真空冷冻干燥0.5h～48h，得到碳量子点。
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