CN109370576B - 一种制备碳量子点的化学方法 - Google Patents

一种制备碳量子点的化学方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109370576B
CN109370576B CN201811339871.0A CN201811339871A CN109370576B CN 109370576 B CN109370576 B CN 109370576B CN 201811339871 A CN201811339871 A CN 201811339871A CN 109370576 B CN109370576 B CN 109370576B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon quantum
quantum dots
nitrate
quantum dot
acetone
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.)
Active
Application number
CN201811339871.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109370576A (zh
Inventor
谷龙艳
雷岩
杨鹏飞
李建喜
贾会敏
何伟伟
郑直
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.)
Xuchang University
Original Assignee
Xuchang University
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 Xuchang University filed Critical Xuchang University
Priority to CN201811339871.0A priority Critical patent/CN109370576B/zh
Publication of CN109370576A publication Critical patent/CN109370576A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109370576B publication Critical patent/CN109370576B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明属材料制备领域，具体涉及一种制备碳量子点的化学方法。该方法为：将硝酸盐与长碳链有机物共混，180℃‑205℃加热反应5min‑300min，制备获得碳量子点材料。该方法中使用的原料无毒简单，反应装置简单，提纯过程简单，环境友好，解决了目前碳量子点合成过程中原料复杂、成本高、产物提纯困难等问题，具有较好的应用前景。

Description

一种制备碳量子点的化学方法
技术领域：
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种制备碳量子点的化学方法。
背景技术：
碳量子点是一种尺寸在10nm以下的新型碳纳米材料，具有优异的发光、电子转移、低毒、生物相容等性质，自2004年发现以来被人们广泛地研究。目前，该材料已经被应用到生物成像、医疗诊断、光伏器件、光催化等诸多领域。碳量子的合成在过去的十几年时间内一直是人们研究的热点问题，至今已经开发出多种碳量子点制备方法，如电化学法、模板法、微波法、溶剂热法等等。例如，Qinghua Liang等人利用白明胶为碳源，在200℃溶剂热的条件下加热3小时后，产物经过30分钟16000转/分钟的离心处理可分离出发蓝光的碳量子点 (Carbon，60，2013，421-428)。Wanning Yang等人利用柠檬酸为碳源，在微波辅助的条件下制备出了碳量子点(Carbon，128，2018，78-85)。Bang-Ping Jiang等人以吐温80为碳源，在浓硫酸与磷酸的共同存在下加热至90℃，经过3小时的反应制备出了可以发白光的碳量子点材料(Carbon，128，2018，12-20)。陈智栋等人申请了一种直流脉冲法快速制备荧光碳量子点的方法(申请号：201610116350.3)，其制备方法为：将去离子水置于电解槽中，以石墨碳棒为正负极，使用直流脉冲电源，电解一定时间，即可得到灰黑色水溶液，经过滤后得到水溶性荧光碳量子点溶液。纪效波等人申请了一种醇分解制备碳量子点的方法(申请号：201410566040.2)，制备方法为：配制浓度为0.1-10mol/L的碱性物质醇溶液，温度为 15-200℃，碳化时间为2-360小时。得到含碳量子点的分散液，将该分散液经透析、真空干燥得到碳量子点固体。综上，复杂的反应方法、苛刻的提纯条件、强腐蚀性的氧化剂等的使用是限制碳量子点材料大规模合成研究的不利因素，利用简单易行的方法进行碳量子点合成依然是一个挑战。
发明内容：
本发明所要解决的问题是：针对现有技术的不足：目前碳量子点合成过程中原料复杂、成本高、产物提纯困难等问题，提供一种原料简单、成本低、产物提纯简单的制备碳量子点材料的化学方法。
本发明对要解决的问题所采取的技术方案是：
一种制备碳量子点的化学方法，其特征在于：将硝酸盐与长碳链有机物共混，180℃- 205℃加热反应5min-300min，制备获得碳量子点材料。
本发明的技术方案中，所述的反应时间为15min～45min。
本发明的技术方案中，所述的硝酸盐包括但不限于硝酸钠、硝酸银、硝酸铜、硝酸铟等。
本发明的技术方案中，所述的长碳链有机物包括但不限于油酸，也可为其他长碳链有机物。
本发明的技术方案中，所述的长碳链有机物与硝酸盐的比例为20mL：0.5-0.8g。
本发明的技术方案中，反应完成后，向产物中加入丙酮，离心，离心得到的固体物质用丙酮清洗，然后干燥得到纯化后的碳量子点材料。
本发明采用硝酸盐氧化长链有机物的方法制备碳量子点，硝酸盐的金属离子会与长烷基链的有机物如油酸等络合，受热过程同时其会分解产生活性氧，由此与长碳链有机物进一步反应生成碳量子点，其中金属离子与长烷基链的有机物如油酸络合也有利于产物的石墨化。该方法中使用的原料无毒简单，反应装置简单，提纯过程简单，环境友好，具有较好的应用前景。
本发明的优点：
1、反应原料简单、成本低，利用廉价的硝酸盐为氧化剂、液态长碳链有机物为碳源，反应过程快，经过较短的时间内即可生成碳量子点材料。具有广泛的实验室研究及工业应用前景。
2、使用的氧化剂和碳源物质价格低廉、来源广泛。
3、提纯方法简单制备，产品经过简单离心即可实现分离，避免了目前一些合成方法中需要透析过滤等复杂、耗时的提纯过程的问题；后处理使用的有机溶剂可以重复使用，对环境友好。
4、通过使用不同种类的硝酸盐和调控反应温度可以获得不同石墨化程度的碳量子点，调控碳量子点石墨化程度。
附图说明
图1、实施例1制备的碳量子点材料的HRTEM照片。
图2、实施例1制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图3、实施例2制备的碳量子点材料的HRTEM照片。
图4、实施例2制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图5、实施例3制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图6、实施例4制备的碳量子点材料的HRTEM照片。
图7、实施例4制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图8、实施例5制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图9、实施例6制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图10、实施例7制备的碳量子点材料的Raman图谱。
图11、实施例8制备的碳量子点材料的Raman图谱。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步说明碳量子点材料的制备方法。
实施例1
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在180℃条件下加热30min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向产物中加入4倍体积的丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图1为HRTEM照片，可见制备的碳量子点的粒径约为5nm左右；图2为Raman，图2显示G峰相对D峰强度更高，说明碳量子点石墨化程度较高。
对照实验表明，本发明使用油胺(其他条件与上述条件相同)做反应原料，不能合成碳量子点；选取乙醇，乙腈，异丙醇，N-N二甲基甲酰胺作后处理溶剂用于后处理，不能将碳量子点与溶液分离，无法实现碳量子点的提取。
实施例2
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在180℃条件下加热45min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图3为HRTEM照片，可见制备的碳量子点的粒径约为10nm左右；图4为 Raman，图显示G峰相对D峰强度更高，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例3
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在180℃条件下加热60min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图5为Raman，图显示G峰相对D峰强度更高，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例4
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.8g硝酸银到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在180℃条件下加热15min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图6为HRTEM照片，可见制备的碳量子点的粒径约为5nm左右；图7为 Raman，图显示G峰相对D峰强度更高，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例5
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.8g硝酸银到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在180℃条件下加热45min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图8为Raman，图显示G峰相对D峰强度更高，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例6
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在195℃条件下加热30min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图9为Raman表征结果，Raman信号主要显示出G峰，D峰几乎未显示，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例7
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在200℃条件下加热30min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图10为Raman表征结果，Raman信号主要显示出G峰，D峰几乎未显示，说明碳量子点石墨化程度较高。
实施例8
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在205℃条件下加热30min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。图11为Raman表征结果，Raman信号主要显示出G峰，D峰几乎未显示，说明碳量子点石墨化程度较高。
对比例
1、准备工作：100mL圆底烧瓶分别用洗洁精和去离子水清洗、烘干，待用。
2、反应步骤：称取0.5g硝酸铜到圆底烧瓶中，然后加入20mL油酸，加入磁子搅拌。在170℃条件下加热30min，反应完成后自然冷却到室温。
3、将所有产物吸出待用。向1体积产物中加入4体积丙酮，然后在10000转/分钟条件下离心3min，得到的固体物质用丙酮清洗3次(所有丙酮废液可蒸发回收)，最后固体产物在60℃下干燥。经Raman表征，结果表明，上述方法没有合成碳量子点。

Claims (4)

1.一种制备碳量子点的化学方法，其特征在于：将硝酸盐与长碳链有机物油酸共混，180℃-205℃加热反应5min-45min，制备获得碳量子点材料，所述的硝酸盐选自硝酸钠、硝酸银、硝酸铜、硝酸铟。
2.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：所述的反应时间为15min～45min。
3.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：所述的长碳链有机物与硝酸盐的比例为20mL:0.5-0.8g。
4.根据权利要求1所述的化学方法，其特征在于：反应完成后，向产物中加入丙酮，离心，离心得到的固体物质用丙酮清洗，然后干燥得到纯化后的碳量子点材料。
CN201811339871.0A 2018-11-12 2018-11-12 一种制备碳量子点的化学方法 Active CN109370576B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811339871.0A CN109370576B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种制备碳量子点的化学方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811339871.0A CN109370576B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种制备碳量子点的化学方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109370576A CN109370576A (zh) 2019-02-22
CN109370576B true CN109370576B (zh) 2022-05-13

Family

ID=65384243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811339871.0A Active CN109370576B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种制备碳量子点的化学方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109370576B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110339357B (zh) * 2019-02-28 2021-04-13 安徽大学 铜离子掺杂碳点、制备及其作为光动力治疗光敏剂的应用
CN111518553B (zh) * 2019-12-24 2021-10-22 江南大学 一种水相室温磷光碳点材料的制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106147760A (zh) * 2015-04-07 2016-11-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的制备方法
CN107934936A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 陕西科技大学 一种碳量子点的快速制备方法
CN108130075A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的制备方法
CN108130076A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的干烧制备方法
CN108163836A (zh) * 2018-02-12 2018-06-15 成都理工大学 一种金属离子掺杂碳量子点的提纯工艺
CN108179009A (zh) * 2018-02-12 2018-06-19 成都理工大学 一种铕离子掺杂碳量子点及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106147760A (zh) * 2015-04-07 2016-11-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的制备方法
CN108130075A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的制备方法
CN108130076A (zh) * 2016-12-01 2018-06-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种过渡金属掺杂碳荧光量子点的干烧制备方法
CN107934936A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 陕西科技大学 一种碳量子点的快速制备方法
CN108163836A (zh) * 2018-02-12 2018-06-15 成都理工大学 一种金属离子掺杂碳量子点的提纯工艺
CN108179009A (zh) * 2018-02-12 2018-06-19 成都理工大学 一种铕离子掺杂碳量子点及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109370576A (zh) 2019-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109437154B (zh) 一种以煤为原料制备能带可控碳量子点的方法
CN109370576B (zh) 一种制备碳量子点的化学方法
CN108654648B (zh) 一种光解水高效制取过氧化氢的光催化剂的制备方法及其应用
CN103832993A (zh) 一种由碳水化合物制备发光碳点的方法
CN106467744B (zh) 一种具有可调控电致发光和光致发光性能的碳量子点的制备方法
CN110270364B (zh) 一种负载型石墨相氮化碳复合材料，制备方法及其应用
CN105129764B (zh) 通过醛类化合物快速、高产制备碳量子点的方法
CN106800929A (zh) 氮掺杂碳量子点的制备方法
CN104785270B (zh) 一种用于处理亚甲基蓝染料废水的可见光催化剂及其制备方法
CN108686658A (zh) 一种C-QDs-Fe2O3/TiO2复合光催化剂及其制备方法
CN104528684A (zh) 一种碱性条件下酮碳化制备碳量子点的方法
CN102765714A (zh) 一种高氧化程度高分散性氧化石墨的制备方法
CN108083860A (zh) 一种活化褐煤的方法
CN108394886B (zh) 一种基于强碱切割氧化石墨制备碳量子点的方法、其产品及应用
CN110102324A (zh) 一种新型高效碳酸银/溴化银/go三元复合光催化剂及其制备方法和应用
CN110591698A (zh) 一种环三磷腈掺杂石墨烯量子点的制备方法及应用
CN113717391B (zh) 一种含硼的锆基金属有机框架材料及其制备方法与应用
CN109824199A (zh) 一种含次氯酸钠、pvp的高cod膜生产废水的处理方法
CN109092279A (zh) 一种高效纤维素基类石墨烯/TiO2复合光催化剂及其制备方法
CN114797876A (zh) 光芬顿催化剂的制备方法和应用
CN111116196B (zh) 一种单斜相蓝色三氧化钨陶瓷材料的制备方法
CN105271208A (zh) 一种石墨烯及其制备方法
CN112010286A (zh) 一种从牛奶中制备碳量子点的方法
CN111470539A (zh) 一种高效催化苄胺氧化偶联催化剂的制备方法
CN114950563B (zh) 一种可降解有机染料和/或重金属离子的光催化剂及其制备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant