[發(fā)明專利]一種含氮碳量子點(diǎn)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010807788.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN112011333B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任紅威;趙騰達(dá);李美玉;駱賽賽;張雅美;張楠;朱泓宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/65
• 分類號(hào): C09K11/65;B01J27/24;B01J35/00;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 郝曉紅

本發(fā)明涉及碳量子點(diǎn)制備技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種含氮碳量子點(diǎn)及其制備方法。所述制備方法包括如下步驟：將堿性氨基酸、氮唑類化合物和過渡金屬可溶性鹽混合反應(yīng)生成氨基酸類低共熔溶劑；將所述氨基酸類低共熔溶劑、木質(zhì)素模型化合物及水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)分離、冷凍干燥處理得所述含氮碳量子點(diǎn)。本發(fā)明提供的制備方法，綠色環(huán)保，成本低廉，原料利用率高，所得含氮碳量子點(diǎn)粒徑均一，分散性好，光學(xué)性能穩(wěn)定且催化活性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳量子點(diǎn)制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含氮碳量子點(diǎn)及其制備方法。

背景技術(shù)

碳量子點(diǎn)因其獨(dú)特的理化性質(zhì)近年來受到了廣泛的關(guān)注，作為一種新興的碳材料，與傳統(tǒng)量子點(diǎn)相比，碳量子點(diǎn)具有發(fā)光性能高、生物相容性好、低毒、低成本等特點(diǎn)，故在發(fā)光材料、生物材料具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，由于碳點(diǎn)對(duì)不同波長(zhǎng)光具有高效吸收效應(yīng)，其在光電催化等領(lǐng)域能有效取代傳統(tǒng)光學(xué)敏化材料。

然而，在目前碳量子點(diǎn)的制備過程中，仍存在成本高，原料利用率低，易對(duì)環(huán)境造成污染及碳量子點(diǎn)粒徑不均一、分散性差和光學(xué)性能穩(wěn)定性差等問題。因此，研發(fā)一種生產(chǎn)成本低、原料利用率高、對(duì)環(huán)境友好且性能優(yōu)異的碳量子點(diǎn)及其制備方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有碳量子點(diǎn)的制備過程存在的上述技術(shù)等問題，本發(fā)明提供一種含氮碳量子點(diǎn)及其制備方法。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例采用了如下的技術(shù)方案：

一種含氮碳量子點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟：

S1：將堿性氨基酸、氮唑類化合物和過渡金屬可溶性鹽混合，加熱反應(yīng)直至生成均一透明的氨基酸類低共熔溶劑；

S2：將所述氨基酸類低共熔溶劑、木質(zhì)素模型化合物及水進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)分離、冷凍干燥處理得所述含氮碳量子點(diǎn)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的含氮碳量子點(diǎn)的制備方法，以堿性氨基酸為氫鍵供體，以氮唑類化合物為氫鍵受體，以過渡金屬可溶性鹽為功能配體，通過熔融反應(yīng)以氫鍵方式相結(jié)合得到化學(xué)穩(wěn)定性良好的氨基酸類低共熔溶劑。將所得的氨基酸類低共熔溶劑與木質(zhì)素模型化合物分別作為氮源和碳源，進(jìn)行水熱反應(yīng)制備含氮碳量子點(diǎn)，通過摻氮來改善碳量子點(diǎn)粒徑大小、顆粒分散性及熒光性能的同時(shí)，利用堿性氨基酸和過渡金屬可溶性鹽對(duì)碳量子點(diǎn)進(jìn)行功能修飾，使碳量子點(diǎn)具有堿性功能基團(tuán)和金屬基團(tuán)，極大提高了碳量子點(diǎn)的堿催化與金屬催化的活性。此外，本發(fā)明選用原料毒性小，綠色環(huán)保，成本低廉，所得的氨基酸類低共熔溶劑本身具有較高的催化活性，與木質(zhì)素模型化合物反應(yīng)過程中同時(shí)作為反應(yīng)介質(zhì)和反應(yīng)原料促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，有效提升原料的利用率，并改善碳量子點(diǎn)的粒徑均一性。本發(fā)明所得的含氮碳量子點(diǎn)粒徑均一，分散性好，光學(xué)性能穩(wěn)定且催化活性高。

進(jìn)一步地，所述堿性氨基酸、氮唑類化合物和過渡金屬可溶性鹽的物質(zhì)的量之比為1～4:1～4:1～3，保證各組分彼此間通過氫鍵形成性能穩(wěn)定的低共熔溶劑。

進(jìn)一步地，所述堿性氨基酸為精氨酸、賴氨酸或組氨酸中的至少一種，作為氫鍵供體與氮唑類化合物和過渡金屬可溶性鹽形成氫鍵的同時(shí)，提供堿性基團(tuán)對(duì)碳量子點(diǎn)進(jìn)行功能修飾，改善催化活性。

進(jìn)一步地，所述氮唑類化合物為苯甲二氮唑、苯駢三氮唑、1，2，4-三氮唑或4-氨基-4H-1,2,4-三唑中的至少一種，作為氫鍵受體與堿性氨基酸形成氫鍵的同時(shí)，與堿性氨基酸一起對(duì)碳量子點(diǎn)進(jìn)行氮摻雜，改善碳量子點(diǎn)的粒徑尺寸、顆粒分散性和熒光性能，且能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光的調(diào)控。

進(jìn)一步地，所述過渡金屬可溶性鹽為銅、鋅、鈷、或鈦的氯化物，或所述氯化物的水合物，如CuCl₂、ZnCl₂、TiCl₄或CoCl₂·6H₂O，過渡金屬可溶性鹽中的富電子基團(tuán)Cl與堿性氨基酸、氮唑類化合物中的H形成氫鍵的同時(shí)，賦予碳量子點(diǎn)金屬基團(tuán)，改善其催化活性。