CN106894038A - 一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其包括：以有机物1和有机物2的组合物作为碳源，以水和所述组合物超声配置成的混合液作为电解液，有机物1是乙醇、柠檬酸、抗坏血酸中的一种，有机物2是邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的一种，有机物1、有机物2和水的物质的量之比为200～50：1：120～20，采用两电极系统，工作电极和对电极均为铂片电极，设置脉冲电位法参数碳化电解液1‑4小时，得反应溶液；反应溶液静置一段时间后，取上清液调节其pH为中性，并离心处理，旋转蒸发浓缩，得浓缩液；浓缩液在去离子水中透析处理后得氮掺杂荧光碳点的水溶液。本发明方法简单，且得到的荧光碳点荧光产率高、水溶性好、稳定性好。

Description

一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法
技术领域
本发明属于碳纳米材料技术领域，涉及一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法。
背景技术
荧光碳点是一种具有类似量子点光致发光性能的新型碳纳米材料。荧光碳点自2004年被合成和发现以来，由于其优异的发光性，低毒性、生物兼容性和价格较低廉，使得它迅速成为荧光材料里头的明星材料。可应用于化学/生物传感、生物成像、光热诊疗、发光器件的发光材料、光催化降解有机污染物、光电储能等领域，其极具取代有毒重金属类量子点的潜力。荧光碳点的制备方法可大致分为碳纳米点钝化法、top to down法和bottom toup法三种方法。top to down法采用的合成方法包括放电法、激光烧蚀法、等离子体辐射法、电化学法、化学氧化法等；bottom to up法采用的合成方法包括燃烧法、水热法、电化学法、微波法、超声波法、化学氧化法、热解法等。但是目前这些方法大部分都存在成本较高、操作较复杂、产品纯化处理复杂、量子产率低、产品稳定性不高等问题，不利于大规模生产和应用推广。
近年来，在荧光碳点制备方法学方面，电化学法由于其操作简单且绿色环保，使得其迅速成为荧光碳点合成研究的热点。目前电化学法制备荧光碳点均采用传统的恒电位电解氧化法，采用的碳源主要有碳电极(专利申请号CN200810197695.1)；碳纤维(专利申请号CN201110356592.7)；低碳原子数醇类(专利申请号CN201310376500.0和CN201310378455.2)；低碳原子数酮类(专利申请号CN201310376464.8)等。但上述电化学法制备荧光碳点均采用传统的恒电位电解氧化法，且所需的电位较高(达10-30V，甚至更高电位)，得到的荧光碳点荧光产率较低，成本较高。综上，采用较低电位、低成本、简便制备荧光碳点的新型电化学法尚缺乏。
发明内容
为了简化荧光碳点制备方法，提高产物荧光产率，降低合成成本，本发明提供了一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法。该方法操作简单，采用的脉冲电位较低(10V以下)，产物荧光产率较高。
本发明一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其包括下列步骤：
以有机物1和有机物2的组合物作为碳源，以水和所述组合物超声配置成的混合液作为电解液，其中，有机物1是乙醇、柠檬酸、抗坏血酸中的任意一种，所述有机物2是邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的任意一种，有机物1、有机物2和水的物质的量之比为200～50：1：120～20，用电化学工作站控制电位，采用两电极系统，工作电极和对电极均为铂片电极，设置脉冲电位法参数，采用脉冲电位法碳化电解液1-4小时，得反应溶液；
反应溶液静置一段时间后，取上清液调节其pH为中性，并离心处理，旋转蒸发浓缩，得浓缩液；
浓缩液在去离子水中透析处理后得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
所述脉冲电位法参数设置为：高电位5V～9V，低电位3V～5V，脉冲宽度为5s～20s，循环次数为200～1000次。
所述电化学工作站为CHI760E电化学工作站。
所述pH调节至6～9，离心转速设置为5000～10000r/min，离心时间为5～20min。
所述透析处理的透析袋截留量为1000～8000，透析时间为24～72h。透析袋截留量优选为1000。
为了解决现有荧光碳点的电化学法制备电位较高，产物纯化较复杂，荧光产率不高的问题，本发明特提出了脉冲电位法制备荧光碳点的方法。本方法采用的脉冲电位较低(10V以下)，使得合成能耗低；在反应过程中无需额外添加碱性物质(无机强碱或水解呈碱性的盐类)，使得产物纯化处理较简单，这些都有利于降低荧光碳点的制备成本，有利于应用推广。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的氮掺杂荧光碳点的透射电镜图(标尺为5nm)。
图2为本发明实施例1制备的氮掺杂荧光碳点的荧光光谱图。
图3为本发明实施例1制备的氮掺杂荧光碳点的紫外-可见光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
用CHI760E电化学工作站控制电位，采用两电极系统，铂片为工作电极和对电极，在200mL的烧杯中加入乙醇、邻苯二胺和水的混合液作为电解液，这三种反应物的物质的量之比为100:1:80。设置好脉冲电位法参数并启动反应：高电位为5V，低电位为3V，脉冲宽度为5s，循环次数为720次；反应后溶液由无色变为黄色，静置一段时间，取上清液加入盐酸调节pH为中性，然后在6000r/min下离心处理5min，将上清液旋转蒸发浓缩，最后在去离子水中采用截留量为3500的透析袋透析处理浓缩液48h得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于在200mL的烧杯中加入乙醇、邻苯二胺和水的混合液作为电解液，这三种反应物的物质的量之比为90:1:70。设置好脉冲电位法参数并启动反应：高电位为9V，低电位为5V，脉冲宽度为5s，循环次数为720次；反应后溶液由无色变为黄色，静置一段时间，取上清液加入盐酸调节pH为中性，然后在5000r/min下离心处理10min，将上清液旋转蒸发浓缩，最后在去离子水中采用截留量为1000的透析袋透析处理浓缩液48h得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于在200mL的烧杯中加入柠檬酸、邻苯二胺和水的混合液作为电解液，这三种反应物的物质的量之比为110:1:80。设置好脉冲电位法参数并启动反应：高电位为9V，低电位为5V，脉冲宽度为10s，循环次数为600次；反应后溶液由无色变为棕黄色，静置一段时间，取上清液加入盐酸调节pH为中性，然后在6000r/min下离心处理10min，将上清液旋转蒸发浓缩，最后在去离子水中采用截留量为1000的透析袋透析处理浓缩液48h得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于在200mL的烧杯中加入抗坏血酸、对苯二胺和水的混合液作为电解液，这三种反应物的物质的量之比为120:1:90。设置好脉冲电位法参数并启动反应：高电位为9V，低电位为5V，脉冲宽度为5s，循环次数为1000次；反应后溶液由无色变为棕黄色，静置一段时间，取上清液加入盐酸调节pH为中性，然后在6000r/min下离心处理5min，将上清液旋转蒸发浓缩，最后在去离子水中采用截留量为1000的透析袋透析处理浓缩液48h得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其特征在于，包括下列步骤：
以有机物1和有机物2的组合物作为碳源，以水和所述组合物超声配置成的混合液作为电解液，其中，有机物1是乙醇、柠檬酸、抗坏血酸中的任意一种，所述有机物2是邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的任意一种，有机物1、有机物2和水的物质的量之比为200～50：1：120～20，用电化学工作站控制电位，采用两电极系统，工作电极和对电极均为铂片电极，设置脉冲电位法参数，采用脉冲电位法碳化电解液1-4小时，得反应溶液；
反应溶液静置一段时间后，取上清液调节其pH为中性，并离心处理，旋转蒸发浓缩，得浓缩液；
浓缩液在去离子水中透析处理后得氮掺杂荧光碳点的水溶液。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其特征在于，所述脉冲电位法参数设置为：高电位5V～9V，低电位3V～5V，脉冲宽度为5s～20s，循环次数为200～1000次。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其特征在于，所述pH调节至6～9，离心转速设置为5000～10000r/min，离心时间为5～20min。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其特征在于，所述透析处理采用的透析袋截留量为1000～8000，透析时间为24～72h。
5.根据权利要求4所述的一种氮掺杂荧光碳点的脉冲电位制备法，其特征在于，所述透析处理采用的透析袋截留量为1000。
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