一种预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法

本发明涉及纳米发光材料制备领域，特别是一种预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法。

背景技术：

1、目前，碳量子点的合成策略分为“自下而上”策略和“自上而下”策略。“自下而上”策略是指利用有机小分子或低聚物作为碳源由小到大合成碳量子点。“自上而下“策略是指通过各种途径将大的碳材料剥离成小的碳颗粒并对其表面进行修饰(提高发光效率)的合成方法。“自上而下”策略适合制备具有精确结构的碳量子点，且量子效率高。“自上而下“策略是指通过各种途径将大的碳材料剥离成小的碳颗粒并对其表面进行修饰(提高发光效率)的合成方法。其中，强酸氧化法需要用到大量腐蚀性强酸，对环境有负面影响。

2、cn201911174821.6公开了一种绿色碳量子点的合成方法及在检测亚硝酸盐中的应用，制备过程为：(1)将间氨基酚溶于无水乙醇中，随后加入浓硝酸和浓盐酸，得到混合物；(2)将混合物转移至反应容器，溶剂热反应后冷却，得到反应物；(3)将反应物依次经洗脱、浓缩，干燥研磨成固体粉末，便得到目标产物绿色荧光碳量子点；所述步骤(1)的混合物中，所述浓硝酸与浓盐酸的体积比为1：3，所述间氨基酚与无水乙醇的添加比例为(0.2-0.4)g：(20-40)ml；所述步骤(2)中的反应温度为80℃140℃，反应时间为11-13h；所述步骤(3)中，利用硅胶柱对反应物进行洗脱，且洗脱剂为体积比为1:5的甲醇和二氯甲烷组成的混合溶液；所述绿色荧光碳量子点与亚硝基硫醇之间存在内滤效应，能够导致所述绿色荧光碳量子点的荧光猝灭。

3、cn201410778272.4公开了一种微波法制备多色荧光石墨烯量子点的方法，以碳材料为反应原料，通过两步反应得到产物。步骤1，将碳材料分散在水、浓硝酸和浓硫酸的混合液中加热氧化，再将所得到混合液分散于水中，经过中和、脱盐和干燥得到氧化碳材料。步骤2，将步骤1得到的氧化碳材料超声分散于n,n-二甲基甲酰胺中，所得分散液置于微波中反应后，再进行过滤、脱溶、重新分散和透析，得到石墨烯量子点。

4、cn201911174821.6是使用浓硝酸和浓硫酸进行刻蚀制备石墨烯量子点，cn201410778272.4虽然采用微波法制备多色荧光石墨烯量子点，但是，都存在操作复杂、耗时长、不够绿色环保等问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中运用“自上而下”策略制备碳量子点存在操作复杂、耗时长、不够绿色环保等问题，本发明提供了一种预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明的目的之一是要提供一种预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，包括以下步骤：

4、s1、加样：称取5mg碳材料样品加入石英或聚四氟乙烯消解管中，再用移液枪量取2ml体积浓度为5％-25％的硝酸溶液加入消解管中，盖上防尘盖；

5、s2、超声：将消解管放到超声仪中进行超声处理，以使碳材料样品分散均匀，得到悬浮分散的碳材料样品；

6、s3、装样：在tfm材质消解罐加入440ml高纯水、10ml浓hno3作为微波介质，装到ultraclave超级微波化学平台的不锈钢腔体中；将悬浮分散的碳材料样品的消解管固定在tfm罐中，消解管底部浸在微波介质中；再关闭不锈钢腔体上盖并锁紧，通入氮气以调节不锈钢腔体压力为40-70bar，关上仪器外罩；

7、s4、微波加压反应：ultraclave超级微波化学平台的不锈钢腔体内微波条件顺序为：一、10min内温度由0℃升到70℃，功率为1000w，保护温度为60℃，压力为100bar；二、10min内温度由70℃升到120℃，功率为1000w，保护温度为60℃，压力为130bar；三、10min内温度由120℃升到180℃-200℃，功率为1000w，保护温度为60℃，压力为150bar；四、30min内温度保持180℃-200℃不变，功率为1200w，保护温度为60℃，压力为150bar；保温结束后，自然冷却，腔体自动泄压开仓门；

8、s5、后处理：将消解管中的溶液转到离心管中，在8000rpm下离心1min，收集上清液；

9、s6、纯化：将收集的上清液进行提纯获得荧光碳量子点。

10、进一步地，所述步骤s1中，所述碳材料为炭黑、煤炭、石墨烯、单层氧化石墨烯中的一种。

11、进一步地，所述步骤s2中，超声仪的超声频率为5000hz-25000hz，超声5min。

12、进一步地，所述步骤s6包括：将收集的上清液加入到1000da的透析袋中，并放入纯水中透析提纯，每隔3h换一次纯水，透析24h，获得荧光碳量子点。

13、本发明的目的之二是要提供一种利用上述方法制备的荧光碳量子点。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明基于“自上而下”策略制备荧光碳量子点，预加压微波-稀酸刻蚀法操作更简便，人力消耗少，是更适宜的碳量子点制备方法。

16、本发明利用ultraclave超级微波化学平台的预加压腔体实现了每一根反应管的内外压平衡，降低了对反应管的要求，相较于传统的微波法，大大降低了制备碳量子点的成本。可同时消解多根消解管，工作效率提高，有利于碳量子点的批量制备。

17、本发明相比较于传统的强酸氧化法，预加压微波-稀酸刻蚀法只需要用到稀酸，用酸量少，条件温和，更加绿色环保。

18、本发明的预加压微波-稀酸刻蚀法实现高温度和超高压力的反应，提高了反应效率，大大缩短了碳量子点制备时间。

技术特征：

1.一种预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述碳材料为炭黑、煤炭、石墨烯、单层氧化石墨烯中的一种。

3.根据权利要求1所述的预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤s2中，超声仪的超声频率为5000hz-25000hz，超声5min。

4.根据权利要求1所述的预加压微波-稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，所述步骤s6包括：将收集的上清液加入到1000da的透析袋中，并放入纯水中透析提纯，每隔3h换一次纯水，透析24h，获得荧光碳量子点。

5.一种如权利要求1-4任一所述的方法制备的荧光碳量子点。

技术总结
本发明公开了一种预加压微波‑稀酸刻蚀法制备荧光碳量子点的方法，将碳材料样品用硝酸溶液进行消解；之后放到超声仪中进行超声处理；在TFM材质消解罐加入440mL高纯水、10mL浓HNO<subgt;3</subgt;作为微波介质，装到UltraCLAVE超级微波化学平台的不锈钢腔体中；将悬浮分散的碳材料样品的消解管固定在TFM罐中，消解管底部浸在微波介质中；再关闭不锈钢腔体上盖并锁紧，调节不锈钢腔体压力为40‑70Bar，关上仪器外罩，然后进行微波加压反应；将消解管中的溶液转到离心管中，在8000rpm下离心1min，收集上清液；将收集的上清液进行提纯获得荧光碳量子点。本发明相比较于传统的强酸氧化法，只需要用到稀酸，用酸量少，条件温和，更加绿色环保；提高了工作效率，大大缩短了碳量子点制备时间。

技术研发人员：陈敏琪,苏成勇,林嘉威,梁敏思,刘洪涛
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15