CN111607387B - 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 - Google Patents
一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111607387B CN111607387B CN202010006484.6A CN202010006484A CN111607387B CN 111607387 B CN111607387 B CN 111607387B CN 202010006484 A CN202010006484 A CN 202010006484A CN 111607387 B CN111607387 B CN 111607387B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microsphere
- motor
- carbon
- photocatalytic
- solution
- 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
Links
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 40
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 38
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 7
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 claims description 7
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 30
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 4
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000027870 phototropism Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical compound [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000195628 Chlorophyta Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
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
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
- C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/72—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/006—Motors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于光催化材料的技术领域，具体涉及一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用。所述光催化微球马达的结构为碳材料分布于微球载体表面，其制备原料包括碳材料和载体材料；其制备方法包括如下：取碳材料溶液与载体材料混合，加热至70~80℃，并加入碱性物质和还原性糖，进行恒温反应，反应结束之后真空干燥，即得产物微球马达，是一种具有优异的荧光性能、又具有优异的光学调节运动方向的特性的光催化纳米马达，具有高度稳定和一致的荧光，为在复杂环境中观察马达运动转态提供了可能性，在细胞成像、生物检测等纳米医学领域具有巨大的潜在应用，在各种实际应用中执行专门任务的可控智能“机器人”具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料的技术领域，具体涉及一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用。
背景技术
微纳马达由于具有自主运动的性能，因而吸引了许多研究者的研究目光。2004年报道的双金属线马达拉开了纳米马达的研究热潮，微纳马达发展至今约十余年，无论从马达性能，制备工艺，还是实际应用均取得了长足的进步。目前已经成功制备出不同组成的微纳马达，例如金属线微纳马达、基于半导体的微纳马达、超分子微纳马达和基于MOF的微纳马达等等。在众多马达中，光催化微纳马达可通过光催化反应将光能和化学能转化为自身运动的动能，并且其可在不同的染料液中运行，因而受到了广泛的关注。由于其具有可控的运动性能，表面易于修饰，运行环境多样等优势，光催化微纳马达已广泛应用于污水处理、生物检测，生物治疗等不同的领域。
多种多样的光催化纳米材料为光催化微纳马达的合成提供了更多的选择。其中，常见的光催化剂氧化亚铜（Cu2O）由于具有出色的可见光（<700nm）光催化性能，因而成为制备马达的理想材料。然而，单组分Cu2O微纳马达往往光催化效率较弱，以此制备的马达运行速度并不高。因此，研究者们为了提高Cu2O的光催化效率，也提出来一些改进策略，比如镀金、掺杂碳纳米管和诱发缺陷等方，进一步改善马达的光催化运动性能。目前已报道的这些马达虽然在可见光下有很好的运动性能，但是无法很好的控制方向。理想的微纳马达应具有两个关键特性：有效的运动速度和精确的方向控制。此外，实时地对马达的位置进行观察对有效地调节马达的运动至关重要。但是，目前所有已报道的基于Cu2O的光催化马达只能在明场下的透明溶液中实现实时可视化跟踪。因此，开发在复杂的微观环境中具有较高的运动速度、精确的方向控制和实时位置跟踪的光催化微纳马达仍然是一个巨大的挑战。
当前,大多数报道的荧光微纳马达通常是通过将荧光分子或荧光修饰到其表面上来实现的，这些方法通常是费力且费时的，再者，即使马达修饰成功，之后也会经常遇到一些问题，如不稳定的运动荧光，亮度不均等，此外，这些过程还可能降低微纳马达的速度。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用，提供一种具有出色运动性能和精确的方向控制的、同时还具有优异的荧光性能的微球马达。
本发明的技术内容：
本发明提供了一种基于碳点的光催化微球马达，所述光催化微球马达的结构为碳材料分布于微球载体表面，其制备原料包括碳材料和载体材料；
所述碳材料包括碳点CDots，所述载体材料包括铜源溶液；所述碳点作为一种碳纳米材料，具有很好的光电特性和发光性能，其出色的电子传输效率、很好的光致发光特性、独特的结构和广泛的光谱吸收范围，在光化学和光催化等众多领域中均得到广泛的应用；
所述微球载体包括Cu2O微球载体，即所得的光催化微球马达亦称为Cu2O@CDots微球马达。
本发明还提供了一种基于碳点的光催化微球马达的制备方法，包括如下步骤：取碳材料溶液与载体材料混合，加热至70~80℃，并加入碱性物质和还原性糖进行恒温反应，反应结束之后真空干燥，即得产物微球马达；
所述载体材料包括铜材料溶液，所述铜材料溶液为将铜源溶于表面活性剂溶液中得到，所述铜源包括乙酸铜，所述表面活性剂溶液包括十二烷基硫酸钠与水的混合溶液；
所述碳材料溶液为将碳材料分散于有机溶液中得到，所述有机溶液包括乙醇溶液，分散的操作包括超声分散；
所述碳材料的制备包括如下步骤：将碳物进行蒸发回流，收集回流液并调节酸碱值，之后经过过滤、透析以及超滤，即得到碳材料；
所述蒸发回流采用的溶液包括硝酸溶液，所述调节酸碱值包括采用NaHCO3调节pH至2~4左右；
所述过滤包括采用0.22 μm BIOSHARPP膜过滤器进行过滤；
所述透析的操作包括将过滤后的溶液放入带有3500 Da透析袋的去离子水中进一步透析；
所述超滤的操作包括将透析之后的溶液依次用100 kDa，50 kDa，30 kDa，10 kDa和3 kDa离心过滤器（Millipore）进行超滤，得到小于3kDa的碳材料；
所述碳物包括碳纤维；
所述碱性物质包括氢氧化钠，所述还原性糖包括葡萄糖，提供一个碱性环境下的还原反应，其中碱性物质不与还原性糖发生反应。
本发明还提供了一种基于碳点的光催化微球马达可应用于将微球马达于苹果酸中运行，苹果酸是一种广泛存在于生物质中或者一些降解过程中而产生的生物相容性分子，是完全绿色的燃料，在这种完全绿色的环境中，Cu2O@CDots微球马达在可见光照射下表现出高效运动性能（高达40.85μm/ s或以上）。
本发明的有益效果如下：
本发明的一种基于碳点的光催化微球马达，是具有优异的荧光性能、又具有优异的光学调节运动方向的特性的光催化纳米马达，纯的氧化亚铜没有荧光，掺杂了碳点的氧化亚铜微球荧光明亮，稳定且完全均匀，为马达的制备提供全新的思路；
本发明的光催化微球马达具有高度稳定和一致的荧光，不易受环境变化（如浓度、pH、介质的离子强度等）的影响，为在复杂环境中观察马达运动转态提供了可能性，在细胞成像、生物检测等纳米医学领域具有巨大的潜在应用；
本发明的光催化微球马达的制备流程简便、成本低廉、且可批量生产，可重复性佳，可应用于苹果酸中运动，具有较高效的运动性能，这种可在可见光下以及完全绿色的环境中运动，并具有出色的荧光性能的Cu2O@CDots微球马达对于设计出在各种实际应用中执行专门任务的可控智能“机器人”具有广阔的前景。
附图说明
图1为Cu2O@CDots微球马达的电镜扫描图；
图2为Cu2O@CDots微球马达的粉末衍射图；
图3为Cu2O@CDots微球马达中Cu、O、C的EDX能谱图；
图4为Cu2O@CDots微球马达的运动状态图；
图5为Cu2O@CDots微球马达与Cu2O微球马达的荧光特征对比图。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例
取碳材料溶液与载体材料混合，加热，并加入氢氧化钠和葡萄糖进行恒温反应，反应结束之后真空干燥，即得产物微球马达；
一种基于碳点的光催化微球马达的制备：
1）制备碳材料溶液：
取0.2 g碳纤维粉末加入10 M硝酸溶液中，加热至100℃左右，使得沸腾蒸发回流4h；
收集所得溶液，并用NaHCO3将溶液的pH调节至3左右；
随后，将溶液通过0.22μm BIOSHARPP膜过滤器过滤，并在带有3500 Da透析袋的去离子水中进一步透析7天；
最后，将溶液依次用100 kDa、50 kDa、30 kDa、10 kDa和3 kDa离心过滤器（Millipore）进行超滤即可得到小于3kDa的CDots；
接下来，将2.5 mg CDots分散于14 mL乙醇中，超声预处理2 h，即得碳材料溶液；
2）制备载体材料：取0.4g十二烷基硫酸钠、0.2g乙酸铜和8 mL去离子水（18.2 MΩ.cm）加入到圆底烧瓶中，即得载体材料溶液；
3）碳材料与载体材料混合：待载体材料中的所有物质溶解后，立即将8mL含CDots的乙醇分散液加入圆底烧瓶中，并将烧瓶放入油浴中，加热至73℃，保持温度，并依次添加0.28 g氢氧化钠和0.24 g葡萄糖，然后在73℃下反应30分钟，得到橙色的产物；
4）将橙色的产物用去离子水洗涤五次，再在60℃的真空中干燥即可得Cu2O@CDots微球马达。
将实施例得到的Cu2O@CDots微球马达进行实验测试：
1.Cu2O@CDots微球马达结构分析
通过扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM）表征，Cu2O@CDots微球平均尺寸在1.5 μm左右，且为相对均匀的球形（图1）；
通过粉末衍射测试（X-ray diffraction，XRD），由图2可知，Cu2O测试结果与其标准卡片的峰完全对应，证实Cu2O为结晶态结构；由于Cu2O@CDots微球中CDots的相对含量极低，在XRD中未观察到相应的CDots特征峰。但通过放大的单颗Cu2O@CDots微球的SEM图可以看出CDots很好地分布在微球表面上，且进一步分析EDX能谱（图3）可以看出Cu、O、C元素的分布与电镜的形貌有很好的吻合；
综上，足以证明该微球为表面分布碳点的Cu2O@CDots微球。
2.Cu2O@CDots微球马达性能分析
在水平绿光下在苹果酸（0.025 mM）溶液中测试了马达的运动：
图4A：在平行于基板方向的55300 Lux可见光下，Cu2O@CDots微球马达的水平运动示意图；
图4B：是微球马达的相应轨迹（视频S2拍摄），比例尺：10μm；
图4C：蓝光下Cu2O@CDots微球马达的垂直运动示意图；
图4D：是蓝光下Cu2O@CDots微球马达垂直运动随时间推移变化图像（视频S3拍摄），比例尺：10μm。
如图4A所示，马达朝着光源移动表现出了明显的正趋光性，表明Cu2O@CDots微球马达的推进机制主要由化学泳的推进决定；
如图4B所示，马达在打开时朝着灯移动，并在灯熄灭时立即停止。通过调节入射光的方向，可以精确控制马达运动方向，与其他微纳马达相比，Cu2O@CDots微球马达在运动控制性方面展现出显著优势，即方便，可重复和高效；
除水平光控之外，在高强度可见光下Cu2O@CDots微球马达还可以在苹果酸溶液中表现出明显的垂直运动，如图4C所示，最初微球马达层被聚焦，但是，当从底部打开灯时，Cu2O@CDots微球马达在明视场中的焦点逐渐变得模糊，这是由于Cu2O@CDots微球马达垂直运动使该马达从焦点平面移出，而必须在溶液的新层中重新调整显微镜的焦平面，垂直运动的延时图像在图4D中示出，可以看出，Cu2O@CDots微球马达可以抵消其重力，并表现出对垂直光的快速响应，当光能高于与重力有关的阈值时，可以沿垂直方向推进电动机，相反，当光强度低于阈值时，即使光仍然来自底部并垂直于基板，马达也仅显示水平运动，因此，从底部发出的高强度蓝光会引起Cu2O@CDots微球马达的垂直运动，由于可对运动速度和轨迹的简便而精确的控制，这种可进行3D运动的微球马达可为开发用于执行特定任务的智能微型“机器人”提供新的功能。
综上，体现了Cu2O@CDots微球马达可以通过调节光的方向在三维空间内的苹果酸溶液中实现定向运动，且在绿光下的速度高达40.85μm/s。类似于绿藻的趋光性，所制备的Cu2O@CDots马达可利用不同的光诱导化学推进机制来模拟正趋光性或负趋光性。
图5为Cu2O@CDots微球马达的荧光特性的表征，图中显示了Cu2O@CDots微球马达和Cu2O微球马达在明场中、荧光中以及它们的合并的图像，比例尺：10μm；通过调节光源的方向可以有效地控制Cu2O@CDots微球马达的运动方向，且由于存在CDots，这种新颖的Cu2O@CDots微球马达表现出稳定高亮的荧光。
Claims (2)
1.一种基于碳点的光催化微球马达的应用，其特征在于，包括将所述光催化微球马达于苹果酸中运行，且运行速度达40 μm/s或以上；
所述光催化微球马达的结构为碳材料分布于微球载体表面，其制备原料包括碳材料和载体材料；
所述微球载体为Cu2O微球载体，所述碳材料为碳点CDots；
所述光催化微球马达的制备包括如下步骤：取碳材料溶液与载体材料混合，加热至70~80℃，并加入碱性物质和还原性糖，进行恒温反应，反应结束之后真空干燥，即得产物微球马达；
所述载体材料为铜材料溶液，所述铜材料溶液为将铜源溶于表面活性剂溶液中得到；
所述表面活性剂溶液为十二烷基硫酸钠与水的混合溶液；
所述碳材料溶液为将碳材料分散于有机溶液中得到；
所述碳材料的制备包括如下步骤：将碳纤维进行蒸发回流，收集回流液并调节酸碱值，之后经过过滤、透析以及超滤，即得到碳材料；
所述蒸发回流采用的溶液为硝酸溶液。
2.根据权利要求1所述的基于碳点的光催化微球马达的应用，其特征在于，所述碱性物质包括氢氧化钠，所述还原性糖包括葡萄糖。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010006484.6A CN111607387B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010006484.6A CN111607387B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111607387A CN111607387A (zh) | 2020-09-01 |
| CN111607387B true CN111607387B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=72203422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010006484.6A Active CN111607387B (zh) | 2020-01-03 | 2020-01-03 | 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111607387B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111762937B (zh) * | 2020-06-19 | 2021-10-29 | 昆明理工大学 | 一种复合型光催化纳米马达的制备方法及应用 |
| CN114591660B (zh) * | 2021-12-02 | 2022-12-06 | 浙江画之都文化创意有限公司 | 一种具有高吸光性和净化空气功能的黑色涂料 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104843664A (zh) * | 2015-03-04 | 2015-08-19 | 东华大学 | 一种基于化学切割制备碳纳米点的方法 |
| CN106111137A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | 一种碳量子点‑氧化亚铜复合材料的制备方法及其应用 |
| CN107569515A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-12 | 云南大学 | 碳量子点/氧化亚铜（CQDs/Cu2O）复合物在制备治疗癌症的药物中的应用 |
| CN108772028A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-11-09 | 华南师范大学 | 一种以葡萄糖为燃料且可见光驱动的Cu2O@N-CNTs复合物微球马达及其制备方法 |
| CN110193328A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-03 | 华南师范大学 | 一种氧空位型光驱动微球马达 |
| CN110358534A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-22 | 昆明理工大学 | 一种碳量子点复合氧化亚铜的制备方法 |
-
2020
- 2020-01-03 CN CN202010006484.6A patent/CN111607387B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104843664A (zh) * | 2015-03-04 | 2015-08-19 | 东华大学 | 一种基于化学切割制备碳纳米点的方法 |
| CN106111137A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | 一种碳量子点‑氧化亚铜复合材料的制备方法及其应用 |
| CN107569515A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-12 | 云南大学 | 碳量子点/氧化亚铜（CQDs/Cu2O）复合物在制备治疗癌症的药物中的应用 |
| CN108772028A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-11-09 | 华南师范大学 | 一种以葡萄糖为燃料且可见光驱动的Cu2O@N-CNTs复合物微球马达及其制备方法 |
| CN110193328A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-03 | 华南师范大学 | 一种氧空位型光驱动微球马达 |
| CN110358534A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-22 | 昆明理工大学 | 一种碳量子点复合氧化亚铜的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李海涛.荧光纳米碳点的合成及其催化应用研究.《中国博士学位论文全文数据库工程科技I辑》.2014,(第05期),第B014-18页. * |
| 荧光纳米碳点的合成及其催化应用研究;李海涛;《中国博士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20140515(第05期);第B014-18页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111607387A (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111607387B (zh) | 一种基于碳点的光催化微球马达及其制备方法和应用 | |
| CN100411730C (zh) | 一种沸石基纳米二氧化钛双功能材料及其制备方法 | |
| CN101381599B (zh) | 纳米wo3光致变色粉体及其制备方法 | |
| CN104209538B (zh) | 一种在水相介质中制备纳米银线的方法 | |
| CN108946808A (zh) | 一种全无机铯-铋/锑卤化物钙钛矿纳米晶及其制备方法 | |
| CN103361885A (zh) | 一种抗菌丝素纤维膜的制备方法 | |
| CN105478148B (zh) | 掺杂的量子点催化剂及其制备方法、包含掺杂的量子点催化剂的制氢体系及制氢方法 | |
| CN104787800B (zh) | 一种花球状二氧化钛及其制备方法 | |
| CN110003509A (zh) | 一种具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法 | |
| CN105478117A (zh) | 一种对太阳光具有强吸收性能的金氧化锌核壳异质纳米粒子及其制备方法 | |
| CN103007912A (zh) | 一种以云母为载体的一维纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
| CN105478795A (zh) | 一种利用甘蔗提取液制备银纳米颗粒的方法 | |
| CN111744503A (zh) | 一种Z型异质结MoS2/Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113951278B (zh) | 过渡金属改性ZnO抗菌材料、制备方法及应用 | |
| CN100519689C (zh) | 发光功能性复合材料及其制备方法 | |
| CN110155958B (zh) | 一种绣球状Cu2-xSe纳米材料及其制备和应用 | |
| CN114506874A (zh) | 一种对称“金字塔”纳米氧化锌的制备方法、产品及应用 | |
| CN113926473A (zh) | 一种硫化钨量子点和贵金属纳米粒子共同修饰的溴氧铋复合材料的制备方法及应用 | |
| CN111661871B (zh) | 一种锥形棒组装的In2O3/ZnO微米花结构的合成方法 | |
| CN111266599B (zh) | 一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法及其应用 | |
| CN101240164B (zh) | 一种甲醛诱导合成敏感光致变色wo3纳米粉体的方法 | |
| CN100389073C (zh) | 树枝状钨酸钡纳米晶体的制备方法 | |
| CN110105596B (zh) | 一种高性能稳定的钙钛矿/聚合物纳米球的制备方法及其应用 | |
| CN1760132A (zh) | 纳米氧化铈的制备方法及其在砷化镓晶片化学机械抛光中的用途 | |
| CN113353967B (zh) | 一种多形貌Cu2O的可控合成方法及应用 |
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 |