一種回收固體碳量子點(diǎn)的方法
【專利摘要】一種回收固體碳量子點(diǎn)的方法，本發(fā)明屬于納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，解決目前碳量子點(diǎn)的制備方法存在碳量子點(diǎn)固體團(tuán)聚和回收難的技術(shù)問題。技術(shù)方案是：先用溶劑熱法熱解有機(jī)物制備出碳量子點(diǎn)，然后加入胺類試劑進(jìn)行修飾，在高壓反應(yīng)釜中加熱到180～200℃并保溫，獲得氨基修飾碳量子點(diǎn)。在氨基修飾碳量子點(diǎn)溶液里加入適量二甲基甲酰胺溶劑，室溫下放置一段時(shí)間后，溶液中的碳量子點(diǎn)進(jìn)行自組裝獲得固體碳量子點(diǎn)。本發(fā)明用于制備回收固體碳量子點(diǎn)，具有無毒環(huán)保，制備操作簡(jiǎn)單，原材料價(jià)格低廉，得到的固體碳量子點(diǎn)水溶性好，光致發(fā)光特性優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種回收固體碳量子點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及碳量子點(diǎn)的制備方法，具體涉及一種通過自組裝回收固體碳量子點(diǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳量子點(diǎn)由于其良好的水溶性和光致發(fā)光特性，并且低毒性，發(fā)射波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)可調(diào)控，易于表面修飾，在生物檢測(cè)、標(biāo)記、傳感器、催化、藥物載體、光學(xué)等諸多領(lǐng)域備受青睞。
[0003]碳量子點(diǎn)的制備方法基本可分為2種:一是從上至下法，即用塊體碳源(如石墨、炭黑)制備碳量子點(diǎn)；另一種是從下至上法，即用有機(jī)分子作為碳源制備碳量子點(diǎn)。但是，這些方法得到的碳量子點(diǎn)均是分散在水或有機(jī)試劑中。由于碳量子點(diǎn)尺寸僅有幾納米，表現(xiàn)出了大的比表面和極高的活性，所以通過加熱蒸發(fā)去除水或有機(jī)試劑后，碳量子點(diǎn)極易發(fā)生團(tuán)聚且很難再打破，不僅無法再分散在溶劑中，還會(huì)嚴(yán)重影響碳量子點(diǎn)的物理化學(xué)性能。迄今為止，尚未有一種有效方法得到碳量子點(diǎn)的固體粉末產(chǎn)品。
[0004]碳量子點(diǎn)團(tuán)聚很難打破的原因在于顆粒表面之間形成了類似共價(jià)鍵的強(qiáng)作用力，使其再溶于溶劑中很難再恢復(fù)到原來分散狀態(tài)。另外，由于原有碳量子點(diǎn)的空間電荷分布發(fā)生了變化，所以導(dǎo)致原有性質(zhì)也發(fā)生了改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種回收固體碳量子點(diǎn)的方法，解決目前碳量子點(diǎn)的制備方法存在碳量子點(diǎn)固體團(tuán)聚和回收難的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種回收固體碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于:所述方法的具體步驟是:
[0008](I)向密閉容器中加入乙二醇、或丙二醇、或丙三醇多元醇有機(jī)試劑，按密閉容器體積的25~50%加入多元醇有機(jī)溶液，加熱到150~200°C保溫5~12h，制備出碳量子
占.[0009](2)把制備好的碳量子點(diǎn)放入密閉容器中，同時(shí)按碳量子點(diǎn)體積的2~6%加入乙二胺、或1，3-丙二胺、或1，4- 丁二胺，將混合液加熱到180~200°C并保溫5~12h，獲得所需的氨基修飾碳量子點(diǎn)；
[0010](3)在室溫下，將氨基修飾碳量子點(diǎn)與N-N- 二甲基甲酰胺(DMF)按I~10:20的體積比混合，通過超聲或攪拌使溶液混合均勻，且混合均勻的溶液pH值控制在11.5~12.5之間。
[0011 ] (4)將上述混合均勻的透明溶液放置在-10~35°C的溫度下保溫3~10天，保證Salen反應(yīng)發(fā)生完全，得到白色固體碳量子點(diǎn)沉淀。
[0012](5)去除上清液，將固體顆粒加熱到30~60°C保溫2~6h，得到干燥的白色固體碳量子點(diǎn)顆粒；掃描電鏡表明碳量子點(diǎn)組裝成了棒狀結(jié)構(gòu)。[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出了一種回收固體碳量子點(diǎn)快速有效的方法，首先讓碳點(diǎn)表面的氨基與N-N-二甲基甲酰胺(DMF)發(fā)生Salen(席夫堿)反應(yīng)，形成鏈接碳量子點(diǎn)的席夫堿。鏈接碳量子點(diǎn)的席夫堿會(huì)與碳量子點(diǎn)表面未有席夫堿修飾的部分發(fā)生靜電吸附，導(dǎo)致自組裝行為發(fā)生并形成固體沉淀從DMF溶劑中析出。本發(fā)明得到的碳量子點(diǎn)粉末可以再分散在水性溶劑和其它有機(jī)溶劑中，而不影響其碳量子點(diǎn)的性能。
[0014]本發(fā)明解決了碳量子點(diǎn)固體團(tuán)聚和回收的難題，具有無毒環(huán)保，制備操作簡(jiǎn)單，原材料價(jià)格低廉，得到的固體碳量子點(diǎn)水溶性好，光致發(fā)光特性優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是一種回收固體碳量子點(diǎn)方法的流程圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中回收的白色固體碳量子點(diǎn)粉末；
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中回收的白色固體碳量子點(diǎn)粉末在365nm紫外燈照射下發(fā)光情況的照片；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中沒有組裝時(shí)碳量子點(diǎn)的透射電鏡(TEM)照片；
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中沒有組裝時(shí)碳量子點(diǎn)的光致發(fā)光譜(發(fā)射光譜圖的激發(fā)波長(zhǎng)為365nm)；
[0020]圖6為本發(fā)明 實(shí)施例1中制備得到的碳量子點(diǎn)的掃描電鏡(SEM)照片；
[0021]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中制備得到的固體碳量子點(diǎn)再溶于溶劑(水)中的TEM照片;
[0022]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中制備得到的固體碳量子點(diǎn)的光致發(fā)光譜，其中:
[0023]A是氨基修飾碳點(diǎn)原液的熒光譜圖，B是等體積氨基修飾碳點(diǎn)原液析出的固體顆粒溶解在等體積水中的熒光譜圖(發(fā)射光譜圖的激發(fā)波長(zhǎng)為394nm)，內(nèi)嵌圖為溶液B在日光和紫外燈下的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例，將結(jié)合附圖在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]如圖1所示，一種回收固體碳量子點(diǎn)的方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)自組裝回收固體碳
量子點(diǎn):
[0027](I)向密閉容器中加入乙二醇有機(jī)溶劑，按密閉容器體積的50%加入乙二醇溶液，加熱到200°C保溫5h，制備出碳量子點(diǎn)；
[0028](2)把制備好的碳量子點(diǎn)放入密閉容器中，同時(shí)按碳量子點(diǎn)體積的6%加入乙二胺，將混合液加熱到180°C并保溫5h，獲得所需的氨基修飾碳量子點(diǎn)；
[0029](3)在室溫下，將氨基修飾碳量子點(diǎn)與N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按5:20的體積比混合，通過超聲或攪拌使溶液混合均勻，且混合均勻的溶液pH值控制在11.5左右。
[0030](4)將上述混合均勻的透明溶液放置在25°C的溫度下保溫10天，保證Salen (席夫堿)反應(yīng)發(fā)生完全，得到白色固體碳量子點(diǎn)沉淀。[0031](5)去除上清液，將固體顆粒加熱到30°C保溫6h，得到干燥的白色固體碳量子點(diǎn)顆粒。
[0032]本實(shí)施例可以簡(jiǎn)單有效的直接回收固體碳量子點(diǎn)，該固體粉末呈白色(見圖2)，在365nm紫外燈照射下具有很強(qiáng)的熒光(見圖3)。對(duì)未組裝時(shí)的碳量子點(diǎn)溶液進(jìn)行透射電鏡檢測(cè)，碳納米顆粒均勻分散(見圖4、5)。對(duì)固體碳量子點(diǎn)粉末進(jìn)行掃描電鏡檢測(cè)，該碳量子點(diǎn)呈棒狀實(shí)心結(jié)構(gòu)(見圖6)。將固體顆粒溶解在水中進(jìn)行透射電鏡檢測(cè)，碳納米顆粒重新均勻分散(見圖7、8)。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)向密閉容器中加入丙三醇有機(jī)溶劑，按密閉容器體積的25%加入乙二醇溶液，加熱到180°C保溫8h，制備出碳量子點(diǎn)；
[0035](2)把制備好的碳量子點(diǎn)放入到密閉容器中，同時(shí)按碳量子點(diǎn)體積的2%加入1，3-丙二胺，將混合液加熱到200°C并保溫6h，獲得所需的氨基修飾碳量子點(diǎn)；
[0036](3)在室溫下，將氨基修飾碳量子點(diǎn)與N-N-二甲基甲酰胺(DMF)按1:20的體積比混合，通過超聲或攪拌使溶液混合均勻，且混合均勻的溶液pH值控制在12.5左右。
[0037](4)將上述混合均勻的透明溶液放置在-10°C的溫度下保溫3天，保證Salen(席夫堿)反應(yīng)發(fā)生完全，得到白色固體碳量子點(diǎn)。 [0038](5)去除上清液，將固體顆粒加熱到60°C保溫2h，得到干燥的白色固體碳量子點(diǎn)顆粒。
[0039]實(shí)施例3
[0040](I)向密閉容器中加入丙二醇有機(jī)溶劑，按密閉容器體積的40%加入乙二醇溶液，加熱到150°C保溫12h，制備出碳量子點(diǎn)；
[0041](2)把制備好的碳量子點(diǎn)放入到密閉容器中，同時(shí)按碳量子點(diǎn)體積的4%加入1，4-丁二胺，將混合液加熱到190°C并保溫12h，獲得所需的氨基修飾碳量子點(diǎn)；
[0042](3)在室溫下，將氨基修飾碳量子點(diǎn)與N-N- 二甲基甲酰胺(DMF)按10:20的體積比混合，通過超聲或攪拌使溶液混合均勻，且混合均勻的溶液pH值控制在12.0左右。
[0043](4)將該透明溶液放置在35°C的溫度下保溫5天，保證Salen (席夫堿)反應(yīng)發(fā)生完全，得到白色固體碳量子點(diǎn)。
[0044](5)去除上清液，將固體顆粒加熱到40°C保溫4h，得到干燥的白色固體碳量子點(diǎn)顆粒。
[0045]本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的變化和改型都應(yīng)為權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種回收固體碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于:所述方法的具體步驟是: (1)向密閉容器中加入乙二醇、或丙二醇、或丙三醇多元醇有機(jī)試劑，按密閉容器體積的25~50%加入多元醇有機(jī)溶液，加熱到150~200°C保溫5~12h，制備出碳量子點(diǎn)； (2)把制備好的碳量子點(diǎn)放入密閉容器中，同時(shí)按碳量子點(diǎn)體積的2~6%加入乙二胺、或1，3-丙二胺、或1，4- 丁二胺，將混合液加熱到180~20(TC并保溫5~12h，獲得所需的氨基修飾碳量子點(diǎn)； (3)在室溫下，將氨基修飾碳量子點(diǎn)與N-N-二甲基甲酰胺，按1~10:20的體積比混合，通過超聲或攪拌使溶液混合均勻，且混合均勻的溶液pH值控制在11.5~12.5之間。 (4)將上述混合均勻的透明溶液放置在-10~35°C的溫度下保溫3~10天，保證Salen反應(yīng)發(fā)生完全，得到白色固體碳量子點(diǎn)沉淀。 (5)去除上清液，將固體顆粒加熱到30~60°C保溫2~6h，得到干燥的白色固體碳量子點(diǎn)顆粒；掃描電鏡表明碳量子點(diǎn)組裝成了棒狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C09K11/02GK103992794SQ201410225711
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】胡勝亮, 丁艷麗, 常青, 楊金龍, 劉俊 申請(qǐng)人:中北大學(xué)