本發(fā)明涉及一種以荸薺為原料微波合成碳量子點(diǎn)的方法及其應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳量子點(diǎn)作為一種新穎的碳納米材料，具有水溶性好、發(fā)光強(qiáng)度高、生物毒性低、生物相容性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、容易進(jìn)行表面修飾等優(yōu)點(diǎn)，因此它有望取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)和有毒性的有機(jī)染料。用生物原料來綠色合成碳量子點(diǎn)，符合化學(xué)發(fā)展的要求和原子經(jīng)濟(jì)性的理念，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

碳點(diǎn)的合成方法主要有電化學(xué)制備法，強(qiáng)酸氧化法，激光輔助制備法，電弧放電法，超聲法，然而由于上述這些制備方法工藝步驟繁瑣，原料成本較高等因素，導(dǎo)致熒光碳點(diǎn)的合成難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。因此，探索一種原料設(shè)備簡單、環(huán)境友好的制備方法，對碳點(diǎn)的研究而言無疑具有重大意義。

目前，利用綠色原料來合成碳點(diǎn)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，最近報(bào)道的關(guān)于綠色合成碳量子點(diǎn)的文獻(xiàn)有：Vaibhavkumar N M,Sanjay J,Hirakendu B,Rakesh K S,Suresh K K.Sensors and Actuators B.2015,213,434–443(蘋果汁的水熱處理)；Ruan S B,Zhu B Y,Zhang H J,Chen J T,Shen S,Qian J,He Q,Gao H L.Journal of Colloid and Interface Science.2014,422,25–29(水熱蜘蛛網(wǎng))；Wei J M,Zhang X,Sheng Y Z,Shen J M,Huang P,Guo S K,Pan J Q,Feng B X.Materials Letters.2014,123,107–111(玉米粉的水熱處理)。目前大多數(shù)方法都側(cè)重于水熱處理，雖然這些方法中的原材料廉價(jià)易得，但是耗時(shí)長，并且制得得碳點(diǎn)量子產(chǎn)率低，不利于后續(xù)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種操作安全、快速簡便、原料綠色和成本低廉的一步法微波輻射制備較高量子產(chǎn)率碳量子點(diǎn)的方法，所得碳量子點(diǎn)可用于重金屬離子檢測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括以下步驟：

(1)用攪拌機(jī)將荸薺打碎，將打碎荸薺和超純水以質(zhì)量比1:10均勻混合配制成前體溶液備用；

(2)將所得的前體溶液在微波功率為600-800w下輻射加熱2-6min；

(3)取出自然冷卻至室溫，加入前體溶液體積2.0-3.0倍的去離子水，離心除去不溶物，上清液經(jīng)過透析冷凍干燥后制得碳量子點(diǎn)粉末。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)將所得的前體溶液在微波功率為700-800w下輻射加熱3-5min。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)將所得的前體溶液在微波功率為800w下輻射加熱5min。

采用本發(fā)明的方法制備的光致發(fā)光碳量子點(diǎn)在水溶液中都具有良好的溶解度和分散性，并且是粒徑小于4nm的碳納米顆粒，可作為熒光探針在水體中檢測Cd²⁺，最低檢出限可達(dá)3.2nmol/L，檢出線性范圍1.0-100μmol/L。本發(fā)明方法涉及的原料來源廣泛，通過微波加熱碳化制備，操作簡單，成本低，收率高，制備工藝設(shè)備簡易，且可在極短時(shí)間內(nèi)完成操作，易于推廣。且制得的碳量子點(diǎn)可應(yīng)用于水體中重金屬離子的檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法制備出的碳量子點(diǎn)的溶液的紫外可見吸收光譜圖；

圖2為本發(fā)明制備出的碳量子點(diǎn)的溶液光致發(fā)光譜圖；

圖3本發(fā)明制備出的碳量子點(diǎn)的透射電鏡圖；

圖4本發(fā)明制備出的碳量子點(diǎn)檢測Cd²⁺的選擇性圖譜。

具體實(shí)施方式

熒光碳量子點(diǎn)的檢測方法及相對量子產(chǎn)率的計(jì)算方法：

在測量中，采用硫酸奎寧作為參照標(biāo)準(zhǔn)(其量子產(chǎn)率為54％)。首先，分別檢測熒光碳點(diǎn)水溶液和硫酸奎寧水溶液在相同激發(fā)波長下的吸光度。然后，分別檢測此激發(fā)光波長下所得到的二者的熒光發(fā)射峰，并積分得到熒光峰面積。再按照以下公式計(jì)算相對量子產(chǎn)率：

和分別是待測物質(zhì)和參比物質(zhì)硫酸奎寧的量子產(chǎn)率，其中為0.54；A_re/A_x是二者激發(fā)波長下吸光度的比值；I_x/I_re是二者熒光發(fā)射峰面積的比值；n_x/n_re是二者的溶劑的折射率。其中“x”指樣品；“re”指參比物。

實(shí)施例1

(1)用攪拌機(jī)將荸薺打碎，將打碎的荸薺和超純水以質(zhì)量比為1:10均勻混合配制成前體溶液備用。

(2)將所得的前體溶液在微波功率為600w下輻射加熱3min。

(3)取出自然冷卻至室溫，加入前體溶液體積2.0-3.0倍的去離子水，離心除去不溶物，上清液經(jīng)過1000Da透析袋透析，-50℃下冷凍干燥制得碳量子點(diǎn)粉末，量子產(chǎn)率為19.3％。

實(shí)施例2

(1)用攪拌機(jī)將荸薺打碎，將打碎的荸薺和超純水以質(zhì)量比為1:10均勻混合配制成前體溶液備用。

(2)將所得的前體溶液在微波功率為700w下輻射加熱3min。

(3)取出自然冷卻至室溫，加入前體溶液體積2.0-3.0倍的去離子水，離心除去不溶物，上清液經(jīng)過1000Da透析袋透析，-50℃下冷凍干燥后制得碳量子點(diǎn)粉末，量子產(chǎn)率為21.2％。

實(shí)施例3

(1)用攪拌機(jī)將荸薺打碎，將打碎的荸薺和超純水以質(zhì)量比為1:10均勻混合配制成前體溶液備用。

(2)將所得的前體溶液在微波功率為800w下輻射加熱5min。

(3)取出自然冷卻至室溫，加入前體溶液體積2.0-3.0倍的去離子水，離心除去不溶物，上清液經(jīng)過1000Da透析袋透析，-50℃下冷凍干燥后制得碳量子點(diǎn)粉末，量子產(chǎn)率為29.4％。

實(shí)施例4

(1)用攪拌機(jī)將荸薺打碎，將打碎的荸薺和超純水以質(zhì)量比為1:10均勻混合配制成前體溶液備用。

(2)將所得的前體溶液在微波功率為700w下輻射加熱6min。

(3)取出自然冷卻至室溫，加入前體溶液體積2.0-3.0倍的去離子水，離心除去不溶物，上清液經(jīng)過1000Da透析袋透析，-50℃下冷凍干燥后制得碳量子點(diǎn)粉末，量子產(chǎn)率為23.6％。

實(shí)施例5

取實(shí)施例3制備的熒光碳量子點(diǎn)水溶液(10mg/mL)1.5mL置于5mL離心管中，分別加入0.5mL HgCl₂，SrCl₂.6H₂O，BaCl₂.2H₂O，CuCl₂，Pb(NO₃)₂，F(xiàn)eCl₃.6H₂O，F(xiàn)eSO₄.7H₂O，CaCl₂，ZnSO₄.7H₂O，MgCl₂.6H₂O，AgNO₃，Al₂(SO₄)₃.18H₂O，CdCl₂共13種常見的金屬離子溶液，混合均勻，離子在溶液中的濃度均為40μmol/L，在熒光光度計(jì)中掃描發(fā)射光譜(λ_ex＝420nm，λ_em＝495nm)，并記錄熒光強(qiáng)度，碳量子點(diǎn)對Cd²⁺有良好的離子選擇性，Cd²⁺可以使碳量子點(diǎn)的熒光淬滅。如圖4所示，Cd²⁺對碳量子點(diǎn)的猝滅效果最好。

為了計(jì)算碳量子點(diǎn)對Cd²⁺的檢測范圍，取實(shí)施例3制備的熒光碳量子點(diǎn)水溶液(10mg/mL)1.5mL置于熒光比色皿中，分別加入0.5mL不同濃度(從低到高)的Cd²⁺溶液，混合均勻，在熒光光度計(jì)中掃描發(fā)射光譜(λ_ex＝420nm，λ_em＝495nm)。

實(shí)施例6

在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，將步驟(1)荸薺和超純水的質(zhì)量比修改為3:10，其他步驟相同，量子產(chǎn)率為20.1％。

實(shí)施例7

在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，將步驟(2)微波處理?xiàng)l件修改為微波功率為500w，其他步驟相同，量子產(chǎn)率為18.3％。

實(shí)施例8

在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，將步驟(2)微波輻射加熱調(diào)整為7min，其他步驟相同，量子產(chǎn)率為22.6％。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。