本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化制備碳量子點(diǎn)的方法。

背景技術(shù)：

碳量子點(diǎn)(carbon dots，CQDs)，又稱碳點(diǎn)或者碳納米點(diǎn)，是一類尺寸在10納米以下的新型零維的碳納米發(fā)光材料，是一種類球形的碳顆粒。相對于金屬量子點(diǎn)而言，碳量子點(diǎn)無毒，對環(huán)境的危害小，碳量子點(diǎn)具有傳統(tǒng)量子點(diǎn)不具有的優(yōu)點(diǎn)，它既有納米粒子的小尺寸特點(diǎn)，又具有量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)，還有非常好的生物相容性。由于量子點(diǎn)尺寸小，其載流子的能量呈量子化，使得量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)性能。碳量子點(diǎn)以其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等優(yōu)勢獲得了越來越多的重視。這種發(fā)光納米材料在光電器材、納米傳感器、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、生物標(biāo)記、離子檢測以及光催化領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

作為一種新穎的納米材料，已經(jīng)報(bào)到了許多關(guān)于碳量子點(diǎn)的制備方法。CQDs的制備方法主要包括混酸氧化法、電化學(xué)氧化法、水熱法、弧光放電、模板合成法、激光消融以及自下而上小分子合成法等。盡管上述方法已經(jīng)制備出熒光性較好的CQDs，但是這些方法的實(shí)驗(yàn)過程操作繁瑣、對原料要求較高、對實(shí)驗(yàn)裝置要求高、對環(huán)境不友好等確定，因而限制了CQDs的工業(yè)化的制備。而煤不僅廉價易得，并且煤結(jié)構(gòu)是由納米結(jié)晶片和中間無環(huán)碳鏈組成，但大部分文獻(xiàn)記載是使用混酸(H₂SO₄/HNO₃)或強(qiáng)酸對煤粉進(jìn)行氧化回流16-24小時制備出水溶性和熒光性特性均較好的CQDs，并且后期還要對酸進(jìn)行處出，這種用酸進(jìn)行長時間的氧化回流制備的碳量子點(diǎn)時，CQDs會被氧化掉，降低產(chǎn)率；并且后期處理過程比較麻煩，并且會產(chǎn)生大量廢液和有毒氣體，也會對環(huán)境造成一定程度的污染，難以進(jìn)行工業(yè)化的生成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化制備碳量子點(diǎn)的方法，中國褐煤保有儲存量1300億噸，占全國煤炭儲存量13％，褐煤原料豐富，廉價易得，因此本發(fā)明選擇褐煤為原料。并選用綠色氧化劑H₂O₂作為氧化劑，氧化后產(chǎn)生的H₂O和O₂，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，方法綠色。制備出水溶性好、熒光效率高的碳量子點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化制備碳量子點(diǎn)的方法，步驟如下：

將100-1000目褐煤與去離子水、雙氧水混合并攪拌，于60℃-110℃溫度條件下水熱反應(yīng)6-18h，水熱反應(yīng)伴隨連續(xù)磁力攪拌，其中，每1g褐煤中添加10-200ml的去離子水與3-50ml的雙氧水；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，離心分離除去未被氧化的大顆粒；將得到的液體旋蒸除水，即得碳量子點(diǎn)。

所述的雙氧水的質(zhì)量濃度為30％。

所述的離心分離的轉(zhuǎn)速為10000-18000rpm，時間為5-30min。

所述的旋蒸的溫度為40℃-75℃。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以廉價易得的褐煤為原料，通過控制褐煤煤粉、去離子水、雙氧水的比例、水熱反應(yīng)溫度、時間等參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)石墨烯的宏觀制備。本發(fā)明采用綠色的氧化劑雙氧水直接氧化褐煤來制備碳量子點(diǎn)，氧化后的產(chǎn)生的水和氧氣不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，制備的碳量子點(diǎn)不但具有水溶性好、熒光效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且制備成本低廉，操作簡單，后處理方便，產(chǎn)率高，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為通過激光光散射測量碳量子點(diǎn)的粒徑分布，粒徑分布在1-10nm之間。

圖2為碳量子點(diǎn)的UV-vis吸收光譜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

將0.5克干燥的褐煤粉末加入到100ml的去離子水和10ml的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂中，在100℃的條件下回流8h。待自然冷卻至室溫后，用高速冷凍離心機(jī)在18000rpm下離心，離心后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將所得液體蒸干，65℃下真空干燥，得到紅棕色的CQDs粉末。

實(shí)施例2

將2.00克干燥的褐煤粉末加入到50ml的去離子水和15ml的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂中，在70℃的條件下回流15h。待自然冷卻至室溫后，用高速冷凍離心機(jī)在15000rpm下離心2次，每次為20min，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將所得液體蒸干，65℃下真空干燥，得到紅棕色的CQDs粉末。

實(shí)施例3

將1克干燥的褐煤粉末加入到30ml的去離子水和20ml的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂中，在80℃的條件下回流10h。待自然冷卻至室溫后，用高速冷凍離心機(jī)在10000rpm下離心2次，每次為20min，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將所得液體蒸干，65℃下真空干燥，得到紅棕色的CQDs粉末。

實(shí)施例4

將0.5克干燥的褐煤粉末加入到50ml的去離子水和10ml的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂中，在60℃的條件下回流8h。待自然冷卻至室溫后，用高速冷凍離心機(jī)在10000rpm下離心2次，每次為20min，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將所得液體蒸干，65℃下真空干燥，得到紅棕色的CQDs粉末。