本發(fā)明涉及一種碳量子點(diǎn)的制備方法，確切講本發(fā)明涉及一種用于可視化檢測(cè)重金屬的碳量子點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)：

碳量子點(diǎn)具有獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì)，碳量子點(diǎn)的發(fā)光具有尺寸和波長(zhǎng)依賴性。目前熒光碳量子點(diǎn)的制備方法有水熱法、納米刻蝕法、電化學(xué)法、溶劑熱法、化學(xué)剝離碳纖維法、微波輔助法、溶液化學(xué)法等,參見:王嬌嬌,馮苗,詹紅兵.“石墨烯量子點(diǎn)的制備”[j].化學(xué)進(jìn)展,2013,第1期。其中，水熱法是制備碳量子點(diǎn)材料的一種有效的方法。水熱反應(yīng)過程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱法選擇前驅(qū)體是一個(gè)重要的科學(xué)問題。目前，水熱法制備量子點(diǎn)所使用的大多數(shù)前驅(qū)體為有毒有害有機(jī)物前驅(qū)體，導(dǎo)致生產(chǎn)成本比較高和制備方法的不符合綠色環(huán)保，如何有效篩選低成本、綠色環(huán)保的前驅(qū)體材料是當(dāng)前制備碳量子點(diǎn)的重要研究方向。

此外，由于碳量子點(diǎn)具有特殊的雙光子激發(fā)特性和上轉(zhuǎn)換功能，碳量子點(diǎn)應(yīng)用在細(xì)胞成像、光電動(dòng)力學(xué)、生化分析檢測(cè)以及污水中重金屬離子的檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。其中，利用碳量子點(diǎn)的熒光性能檢測(cè)重金屬離子具有較好的潛在應(yīng)用價(jià)值。由于多種重金屬離子的水溶液都為透明溶液，加入碳量子點(diǎn)后并沒有明顯的顏色變化，因此通常的手段是通過碳量子點(diǎn)加入前后的熒光性質(zhì)變化來判斷重金屬離子的種類及濃度，因此，增加了檢測(cè)的復(fù)雜性，且成本過高。

基于以上研究背景和實(shí)際現(xiàn)狀，需要發(fā)展一種原料便宜、綠色環(huán)保的前驅(qū)體以制備碳量子點(diǎn)材料，特別是一種材料可用于高效快速的檢測(cè)水中的重金屬離子的碳量子點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足，其制備工藝簡(jiǎn)單、低成本、綠色環(huán)保的能用于可視化檢測(cè)重金屬鉛或銅的熒光碳量子點(diǎn)的制備方法。

本發(fā)明的一種用于可視化檢測(cè)重金屬離子的碳量子點(diǎn)的制備方法是將l–半胱氨酸按質(zhì)量比為0.017~0.117%溶于水中，然后在160~200℃進(jìn)行充分反應(yīng)，得到碳納米量子點(diǎn)水溶液。

優(yōu)選地，本發(fā)明的可用于檢測(cè)重金屬離子的碳量子點(diǎn)的制備方法是在制備過程中，l–半胱氨酸與水的質(zhì)量比為0.017～0.117%，優(yōu)選質(zhì)量比為0.05%。

進(jìn)一步，本發(fā)明的可用于檢測(cè)重金屬離子的碳量子點(diǎn)的制備方法中，水熱反應(yīng)溫度為190℃。

進(jìn)一步，本發(fā)明的可用于檢測(cè)重金屬離子的碳量子點(diǎn)的制備方法中，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。

在此配比、溫度及反應(yīng)時(shí)間下能夠獲得發(fā)光強(qiáng)度最高的碳量子點(diǎn)材料,從而使其具備了更好的離子檢測(cè)性能。

本發(fā)明的方法制備出的碳量子點(diǎn)可用于重金屬離子的檢測(cè)，特別是用于cu²⁺離子或pb²⁺離子的可視化檢測(cè)。

本發(fā)明選取l–半胱氨酸作為前驅(qū)體，其原料單一、合成工藝簡(jiǎn)單，合成溫度較低，成本低廉，綠色無污染，而且所得到的碳量子點(diǎn)水溶性好，可以直接用于cu²⁺離子或pb²⁺離子在水溶液中的可視化檢測(cè)，降低了檢測(cè)的復(fù)雜性以及成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的碳量子點(diǎn)x射線衍射圖片

圖2是不同實(shí)例制備出的碳量子點(diǎn)的光致發(fā)光圖。

圖3為本發(fā)明制備的碳量子點(diǎn)水溶液中加入不同金屬離子溶液后發(fā)射光譜強(qiáng)度圖片

圖4為本發(fā)明制備的碳量子點(diǎn)水溶液中加入cu²⁺離子溶液前后本發(fā)明量子點(diǎn)溶液顏色對(duì)比照片，其中圖中左瓶為按上述實(shí)施例制備得到的純碳量子點(diǎn)溶液，圖中右瓶為在碳量子點(diǎn)溶液中滴加cu²⁺溶液后的照片。

圖5為本發(fā)明制備的碳量子點(diǎn)水溶液中加入pb²⁺離子溶液前后本發(fā)明量子點(diǎn)溶液顏色對(duì)比照片。

具體實(shí)施方式

制備實(shí)施例1

稱取0.0125gl-半胱氨酸及準(zhǔn)確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；

將上述溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在190℃條件下反應(yīng)6小時(shí)，將反應(yīng)后的溶液收集起來即得到本發(fā)明的一種碳納米量子點(diǎn)水溶液。

檢測(cè)實(shí)施例1

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準(zhǔn)確量取30ml去離子水于燒杯中，使其混合勻均；

將上述溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在190℃條件下反應(yīng)6小時(shí)將反應(yīng)后的溶液收集起來即為碳納米量子點(diǎn)水溶液。本發(fā)明所得碳量子點(diǎn)x射線衍射照片見圖1，本發(fā)明采用不同配比制備的碳量子點(diǎn)發(fā)射光譜強(qiáng)度圖片見圖2。

由以上實(shí)施例得到的碳量子點(diǎn)x射線衍射照片見圖1。圖2為實(shí)施例1和實(shí)施例2制備出的碳量子點(diǎn)的光致發(fā)光圖，由圖2可知實(shí)施例2的發(fā)光強(qiáng)度要高于實(shí)施例1；某些金屬離子與碳量子點(diǎn)表面的官能團(tuán)的耦合會(huì)對(duì)量子點(diǎn)的光致發(fā)光產(chǎn)生淬滅效應(yīng)，圖3是不同金屬離子分別加入碳量子點(diǎn)溶液后測(cè)得的光致發(fā)光圖，可以看出銅、鉛兩種離子的加入對(duì)碳量子點(diǎn)的發(fā)光有明顯的淬滅效應(yīng)，這種效應(yīng)也是一種檢測(cè)銅、鉛離子的方法。圖4和圖5分別是銅離子和鉛離子加入碳量子溶液前、后的對(duì)比圖，溶液顏色有了明顯的變化，這也是本專利所述的通過顏色變化，直觀的進(jìn)行離子檢測(cè)的方法。

制備實(shí)施例2

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準(zhǔn)確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；將上述溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在190℃條件下反應(yīng)6小時(shí)，將反應(yīng)后的溶液收集起來即為本發(fā)明的另一種碳納米量子點(diǎn)水溶液。

在本實(shí)施例取所得到的量子點(diǎn)水溶液5ml分別滴加1mlna⁺、ag⁺、mg²⁺、k⁺、ca²⁺、fe²⁺、fe³⁺、pb²⁺、cu²⁺、hg²⁺離子溶液中，離子濃度均為20mmol/l，測(cè)其發(fā)射光譜強(qiáng)度，參見圖3。

檢測(cè)實(shí)施例2

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準(zhǔn)確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；

將上述溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在190℃條件下反應(yīng)6小時(shí)，將反應(yīng)后的溶液收集起來即為碳納米量子點(diǎn)水溶液。在本實(shí)施例取所得量子點(diǎn)水溶液3ml滴入2ml濃度為20mmol/l的cu²⁺溶液后的顏色變化參見附圖4。肉眼觀察可見，本實(shí)施例制備得到的純碳量子點(diǎn)溶液為透明無色液體，在其中滴加入cu²⁺溶液后迅速變?yōu)樽攸S色。

制備實(shí)施例3

稱取0.0150gl-半胱氨酸及準(zhǔn)確量取30ml去離子水于燒杯中，室溫下攪拌混合均勻；將上述溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在190℃條件下反應(yīng)6小時(shí)，將反應(yīng)后的溶液收集起來即得到本發(fā)明的第三種碳納米量子點(diǎn)水溶液。

檢測(cè)實(shí)施例3

取所得量子點(diǎn)水溶液3ml，加入2ml濃度為20mmol/l的pb²⁺溶液，肉眼即可觀察滴入pb²⁺溶液前后量子點(diǎn)是水溶液的顏色變化情況，參見附圖5。如圖所見，未滴入金屬離子溶液時(shí)碳量子點(diǎn)溶液呈透明無色液體，在滴加入pb²⁺溶液后即迅速變?yōu)榛疑?，且靜置時(shí)會(huì)有沉淀產(chǎn)生。