一種硼、氮共摻雜碳量子點的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳量子點領(lǐng)域，特別涉及一種硼、氮共摻雜碳量子點的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳量子點和碳納米顆粒發(fā)光材料自被首次發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們已經(jīng)嘗試使用了多種原材料進行了制備。Peng等人使用強酸對碳纖維氧化制備碳量子點。研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)氧化溫度，可以制備出在365nm熒光燈下顯示出綠色和藍色的碳量子點。(Peng J., Gao ff., Gupta B.K., et al.Graphene quantum dots derived from carbonfibers, Nano Lett.2012, 12, 844-849.) Ye等人用硫酸和硝酸對煤進行氧化制備了碳量子點。(Ye R.Q., Xiang C.S., Lin J., et al., Coal as an abundant source of graphemequantum dots, NATURE COMMUNICAT1NS, 2013, 4, 2943-2949.)目前，對于制備碳基發(fā)光材料有兩個趨勢:使用生物質(zhì)材料替代不可再生能源；將復(fù)雜的制備過程精簡使之可以用簡單的工藝制備大量的產(chǎn)品。西瓜皮(Ye R., Xiang C.S., Lin J., et al., Coal as anabundant source of grapheme quantum dots, Coal as an abundant source of graphemequantum dots, Nature Communicat1ns, 2013，4，2943-2946.)，橘子皮(Sahu S., BeheraB.,Maiti T.K., et al., Simple one-step synthesis of highly luminescent carbondots from orange juice:applicat1n as excellent b1-1maging agents, Chem.Commun.，2012，48，8835-8837.)等生物質(zhì)材料先后被作為制備碳量子點的原材料使用。但是，無論是西瓜皮還是橘子皮，或者其它已經(jīng)成為制備碳量子點的生物材料都無法提供足夠大的量來滿足真正的應(yīng)用需求。
[0003]碳材料在摻雜之后能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。自從碳材料被發(fā)現(xiàn)以來，眾多研究小組就開始致力于碳材料摻雜的研究。作為碳材料的新成員，碳納米顆粒和碳量子點的摻雜一直以來備受關(guān)注?？茖W(xué)家們先后使用了氮、硼、硅、磷等元素對碳量子點和碳納米顆粒進行了摻雜。在摻雜之后，材料在光學(xué)性能，催化性能等方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。隨著研究深入，對于碳量子點和碳納米顆粒的研究不再拘泥于單種無機元素的摻雜。兩種或兩種以上元素的共摻雜成為了研究熱點。Jahan等人使用N-(4_羥基苯基)甘氨酸同時作為產(chǎn)物氮元素的原料和碳元素的原料，硼酸作為硼原料，在150°C?400°C的條件下反應(yīng)2.5小時，制備了硼、氮摻雜碳點。并且研究了不同表面鈍化劑對產(chǎn)品發(fā)光性會泛的影響。(Jahan S., Mansoor F., Naz S., et.al, Oxidative synthesis of highlyfluorescent boron/nitrogen co-doped carbon nanodots enabling detect1n ofphotosensitizer and carcinogenic dye, Anal.Chem.，2013，85，10232-10239.)2015 年，印度研究人員Sadhanala和Nanda使用鹿糖、硼酸和尿素作為原料通過水熱反應(yīng)合成了硼氮共慘雜碳納米顆粒。(Sadhanala Η.Κ., Nanda Κ.Κ., Boron and nitrogen co-dopedcarbon nanoparticles as photoluminescent probes for selective and sensitivedetect1n of picric acid, J.Phys.Chem.C, 2015, 119, 13138 ?13143.)盡管上述兩個課題組都制備除了硼、氮元素共摻雜碳納米顆?；蛘咛剂孔狱c，但是對于該產(chǎn)物的光催化制氫性能尚未有研究報道。此外，上述制備過程所使用的原料都是化學(xué)品，且生產(chǎn)產(chǎn)率不高。使用生物質(zhì)為原料大批量合成產(chǎn)物對于應(yīng)用來說非常有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種硼、氮共摻雜碳量子點的制備方法，該方法使用的原料為可持續(xù)發(fā)展的可再生材料玉米芯，具有容易批量化和規(guī)?；a(chǎn)的特點；所制備的硼、氮共摻雜碳量子點的顆粒尺寸均勻；能夠在沒有犧牲劑存在的情況下完成太陽光分解水制備氫氣。
[0005]本發(fā)明的一種硼、氮共摻雜碳量子點的制備方法，包括:
[0006](1)取去除玉米粒的玉米芯烘干(玉米芯烘干是指玉米芯放入烘箱中烘至玉米芯重量不再隨著時間的變化而變化)，然后放入瓷舟送入管式爐中在惰性氣體的保護下煅燒，將產(chǎn)物研磨得到磨料，干燥得到碳粉；
[0007](2)將上述碳粉、硼酸和超純水混合攪拌lh?15h，干燥，放入通有氨氣的石英管式爐中煅燒；取出粉體用濃硫酸和濃硝酸混合液80°C?120°C酸化6h?48h，完成后用超純水終止反應(yīng)；反復(fù)離心和超聲，最后真空冷凍干燥，得到硼、氮共摻雜碳量子點；其中，碳粉和硼酸和超純水的比例為(100g: lg: 10?100ml)?(lg: 100g: 10?100ml)。
[0008]所述步驟(1)中的瓷舟為氧化鋁或者石英等耐高溫的材質(zhì)制得的；管式爐中的反應(yīng)管為石英玻璃材質(zhì)或氧化鋁材質(zhì)。
[0009]所述步驟(1)中的煅燒工藝參數(shù)為:升溫速度0.1?20°C /min，溫度升至500?2400°C，然后在此溫度下保溫0.1?48h。
[0010]所述步驟(1)中的惰性氣體為氮氣或氬氣(管式爐的高溫煅燒部分需要通惰性氣體)。
[0011]所述步驟⑴中的研磨控制產(chǎn)品顆粒尺寸在200目以下。
[0012]所述步驟(1)中的干燥使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀或者烘箱干燥。
[0013]所述步驟(2)中的煅燒工藝參數(shù)為:升溫速度0.1?20°C /min，溫度升至800?2400°C，然后在此溫度下保溫0.1?48h。
[0014]所述步驟(2)中的濃硫酸與濃硝酸的摩爾比為10:1?1:10。
[0015]所述步驟⑵中的離心速度為10000轉(zhuǎn)/min?24000轉(zhuǎn)/min，離心時間為30min?10h ;超聲清洗的時間為lOmin?6h。
[0016]所述步驟(2)中的真空冷凍干燥溫度為-40°C，真空冷凍干燥時間為6?48h。
[0017]有益效果
[0018](1)本發(fā)明的原料為可持續(xù)發(fā)展的可再生材料玉米芯，具有容易批量化和規(guī)?；a(chǎn)的特點，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
[0019](2)本發(fā)明制備的硼、氮共摻雜碳量子點顆粒尺寸均勻，在不使用任何犧牲劑的前提下，即可在常溫下利用光催化分解水制備氫氣。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的透射電鏡圖；
[0021]圖2為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的X射線衍射圖譜；
[0022]圖3為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的X射線光電子能譜的全譜；
[0023]圖4為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的X射線光電子能譜的C Is譜；
[0024]圖5為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的X射線光電子能譜的Bis譜；
[0025]圖6為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的熒光光譜；
[0026]圖7為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的紅外光譜；
[0027]圖8為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的紫外-可見光吸收光譜；
[0028]圖9為實施例1得到硼、氮共摻雜碳量子點的在氙燈的模擬太陽光下催化兩周后進行的光催化制氫的制氫量與時間的圖譜。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。