双氧水分解碳产生碳量子点的方法与流程

1.本发明涉及碳材料领域，具体为双氧水分解碳产生碳量子点的方法。


背景技术：

2.碳量子点(carbon quantum dots,cqd)是由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸极小(在10nm以下)，具有荧光性质的新型纳米碳材料；传统的量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害；碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，与各种金属量子点类似，在制备的过程中不涉及重金属的使用，可以从生物质材料中提取碳量子点，如蛋清、冬瓜等；碳材料的化学惰性较高，性质稳定，而且在生物体中的重含量很高，同时，碳量子点表面上的许多羧基等亲水性的官能团在水中具有优异的溶解性；因此，碳量子点的原料来源广泛，制备成本也比较低，在材料制备领域有很大的优势，碳量子点具有较高的生物相容性和较低的细胞毒性，对环境危害很小；在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
3.但是，现有技术中的合成方法依然存在碳量子点产率低、粒径不够均一、表面缺陷、制备繁琐等问题，所以如何提供能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低的碳量子点，依然是本领域的研究热点。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了双氧水分解碳产生碳量子点的方法，解决了碳量子制备繁琐成本较高并且不够绿色环保的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：双氧水分解碳产生碳量子点的方法，包括以下步骤：
8.s1.原料配制
9.将碳材料配制为一定浓度的碳材料溶液，配制一定浓度的双氧水；
10.s2.混合加工
11.取一定容积的碳材料溶液与一定容积的双氧水进行混合，并在日光下超声；
12.s3.提取制备
13.将s2中获得的混合物离心，取上层清液，用激光束照射。
14.优选的，所述碳材料包括氧化石墨烯(go)、还原氧化石墨烯(rgo)、活性炭。
15.优选的，所述超声的时间为2
‑
6小时，超声功率为20
‑
100khz，超声温度为30
‑
60℃。
16.优选的，所述碳材料溶液浓度为2mg/ml，所述双氧水的质量浓度为30％。
17.优选的，所述碳材料溶液浓度为2
‑
8mg/ml，所述双氧水的质量浓度为15％
‑
30％。
18.优选的，所述碳材料溶液的容积为10ml，所述双氧水的容积为5ml。
19.优选的，所述碳材料溶液的容积为10
‑
30ml，所述双氧水的容积为5
‑
15ml，所述碳
材料溶液与双氧水的容积之比为2:1。
20.优选的，所述离心转速为18000
‑
20000rpm，时间为30
‑
40min。
21.工作原理：在日光下超声，一定容积的碳材料溶液与一定容积的双氧水混合后，双氧水光解产生的羟基自由基对碳材料具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，对混合物离心，取上层清液，用激光束照射后得到荧光碳量子点。
22.(三)有益效果
23.本发明提供了双氧水分解碳产生碳量子点的方法。具备以下有益效果：
24.1、本发明通过在日光下超声处理，双氧水光解产生的羟基自由基对碳材料具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，具有能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低等优点。
25.2、本发明通过双氧水和碳材料分解产生碳量子点，碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
附图说明
26.图1为本发明的氧化石墨烯(go)经过双氧水处理后的tem(透射电子显微镜)图像；
27.图2为本发明的活性炭经过双氧水处理后的tem图像；
28.图3为本发明的还原氧化石墨烯(rgo)经过双氧水处理后的tem图像。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例一：
31.如图1所示，本发明实施例提供双氧水分解碳产生碳量子点的方法，包括以下步骤：
32.s1.原料配制
33.配制2mg/ml的氧化石墨烯(go)溶液与30％双氧水；采用等离子水与氧化石墨烯(go)配制溶液；氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，氧化石墨烯可视为一种非传统形态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性，氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，通过在日光下超声处理，双氧水光解产生的羟基自由基对氧化石墨烯具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，具有能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低等优点；
34.s2.混合加工
35.取s1中配制的氧化石墨烯(go)溶液10ml与双氧水5ml进行混合，并在日光下超声2
‑
6小时，超声功率为20
‑
100khz，超声温度为30
‑
60℃；
36.s3.提取制备
37.将s2中获得的混合物离心，取上层清液，用激光束照射；通过准分子激光器透过容器以波长在380nm以内的紫外光照射混合物1～120分钟，单脉冲功率选择为120mj～400mj，工作频率选择为1～20hz，离心转速为18000
‑
20000rpm，时间为30
‑
40min。
38.使用本方法生产的碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
39.实施例二：
40.如图2所示，本发明实施例提供双氧水分解碳产生碳量子点的方法，包括以下步骤：
41.s1.原料配制
42.配制2mg/ml的活性炭溶液与30％双氧水；采用等离子水与活性炭配制溶液；将有机原料煤或木材等在隔绝空气的条件下加热进行炭化，然后进行活化使其产生微孔发达的结构，活性炭表面具有无数细小孔隙，其表面微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500～1500m2，充分利用活性炭的这一特点，通过在日光下超声处理，双氧水光解产生的羟基自由基对活性炭具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，具有能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低等优点；
43.s2.混合加工
44.取s1中配制的活性炭溶液10ml与双氧水5ml进行混合，并在日光下超声2
‑
6小时，超声功率为20
‑
100khz，超声温度为30
‑
60℃；
45.s3.提取制备
46.将s2中获得的混合物离心，取上层清液，用激光束照射；通过准分子激光器透过容器以波长在380nm以内的紫外光照射混合物1～120分钟，单脉冲功率选择为120mj～400mj，工作频率选择为1～20hz，离心转速为18000
‑
20000rpm，时间为30
‑
40min。
47.使用本方法生产的碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
48.实施例三：
49.如图3所示，本发明实施例提供双氧水分解碳产生碳量子点的方法，包括以下步骤：
50.s1.原料配制
51.配制2mg/ml的还原氧化石墨烯(rgo)溶液与30％双氧水；采用等离子水与还原氧化石墨烯(go)配制溶液；纯石墨烯是通过化学还原氧化石墨烯而获得的，氧化石墨烯是通过“自上而下”的反应而获得的，如hummer’s法，其中还原剂还原了纯氧化石墨烯中的氧化碳官能团(如c
‑
o、o
‑
c
‑
o和c
‑
o键)，化学还原的产物称为还原氧化石墨烯(rgo)，通过在日光下超声处理，双氧水光解产生的羟基自由基对还原氧化石墨烯(rgo)具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，具有能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低等优点；
52.s2.混合加工
53.取s1中配制的还原氧化石墨烯(rgo)溶液10ml与双氧水5ml进行混合，并在日光下超声2
‑
6小时，超声功率为20
‑
100khz，超声温度为30
‑
60℃；
54.s3.提取制备
55.将s2中获得的混合物离心，取上层清液，用激光束照射；通过准分子激光器透过容器以波长在380nm以内的紫外光照射混合物1～120分钟，单脉冲功率选择为120mj～400mj，工作频率选择为1～20hz，离心转速为18000
‑
20000rpm，时间为30
‑
40min。
56.使用本方法生产的碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
57.实施例四：
58.如图3所示，本发明实施例提供双氧水分解碳产生碳量子点的方法，包括以下步骤：
59.s1.原料配制
60.配制8mg/ml的还原氧化石墨烯(rgo)溶液与15％双氧水；采用等离子水与还原氧化石墨烯(go)配制溶液，采用30％双氧水与去离子水配制15％双氧水；纯石墨烯是通过化学还原氧化石墨烯而获得的，氧化石墨烯是通过“自上而下”的反应而获得的，如hummer’s法，其中还原剂还原了纯氧化石墨烯中的氧化碳官能团(如c
‑
o、o
‑
c
‑
o和c
‑
o键)，化学还原的产物称为还原氧化石墨烯(rgo)，通过在日光下超声处理，双氧水光解产生的羟基自由基对还原氧化石墨烯(rgo)具有光转化的作用，产生的光产物包括碳量子点和二氧化碳，具有能耗低、高得率、绿色环保、操作简易、成本低等优点；
61.s2.混合加工
62.取s1中配制的还原氧化石墨烯(rgo)溶液30ml与双氧水15ml进行混合，并在日光下超声2
‑
6小时，超声功率为20
‑
100khz，超声温度为30
‑
60℃；
63.s3.提取制备
64.将s2中获得的混合物离心，取上层清液，用激光束照射；通过准分子激光器透过容器以波长在380nm以内的紫外光照射混合物1～120分钟，单脉冲功率选择为120mj～400mj，工作频率选择为1～20hz，离心转速为18000
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20000rpm，时间为30
‑
40min。
65.使用本方法生产的碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像设备、微小的发光二极管、化学传感器、光催化反应等领域中都有较好的应用前景。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。