1. 研究目的与意义
近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的结晶、针状、棒状、桶状纳米碳等层出不穷，继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后又一种新型碳纳米材料进入我们视野——纳米碳点，xu[1]于2004年在提纯由电弧放电制备的碳纳米管时无意中发现它。
纳米碳点（cds）也叫做碳量子点，它通常由c、n、h、o元素组成的，是一种尺寸小于10 nm ，分散的具有荧光性能的类球形碳纳米颗粒。它无毒无害，具有较好水溶性，与传统金属量子点相比，不仅制备简单成本低，而且能克服传统量子点带来的重金属泄露、毒性大、环境污染严重等问题。它在紫外区域有很强的吸收峰，并且可以通过改变它的尺寸和化学组成可以使其吸收峰延伸至可见光区，甚至可覆盖整个可见光区。它良好的光稳定性和生物兼容性使它在生物标记、药物传递、电化学传感等领域展现出了良好的应用前景。目前制备荧光纳米碳点的方法大体分为两种，一种是“自上而下”，就是将大块碳材料如石墨等“切割”成极小的纳米颗粒，主要“切割”方法包括：激光刻蚀，电弧放电等，如tan课题组[2]采用激光刻蚀法对乙醇溶液中的甘蔗渣进行处理，进一步地分离纯化制得具有稳定荧光的碳点；还有一种是“自下而上”，即用各种含碳的有机物作为前驱体，使用水热法、微波辅助法、化学氧化法等手段使前驱物碳化，从而合成碳点。其中水热合成法是制备纳米材料的最常用方法，它操作简单，设备成本低，工艺成熟，具有很高的可行性。如 wu 和 zhang 等人利用[3]含氮量高的蚕丝作为碳源，以水热法合成碳点。
能用来制备荧光纳米碳点的原料有很多，如陈兵[4]以甲基丙烯酸和间苯二胺为碳源合成制备碳点；bourlinos等[5]采用一水柠檬酸作为碳源，热分解法制备出亲水和亲油的纳米碳点；hou课题组[6]利用柠檬酸钠和尿素为原料，通过电化学法得到具有亮蓝色荧光的碳点。纳米碳点的原料一般可分为分子化合物和天然产物。目前用于制备cds 的分子化合物主要包括具有石墨结构的材料、糖类、苯环衍生物以及富含羟基、羧基和氨基的有机小分子等[7]。较之分子化合物，生物质因其价格低廉、绿色环保和原料易得的优点使之成为优质碳源。以它作为碳源制备纳米碳点的研究也有很多，人们发现鸡蛋清、草、柚子皮、蚕丝等也可作为合成碳纳米点的原料；liu[8]等人以青草为天然碳源，采用一步水热法处理青草；尉士俊[9]也在他的应用研究中已经详尽阐述利用废弃生物质资源制备纳米碳点的可行性等。相较于其他木质生物质，木质素的含量是储量最为丰富的可再生芳香聚合物之一，它较之其他生物质来源也更为广泛，所以本次实验使用造纸厂的废弃木质素作为我们实验的碳源，通过水热反应技术制备具有荧光性能的纳米碳点。然而目前水热合成出的纳米碳点荧光性能较差，限制了其更为广泛的应用。正如yang等[10]发现所制备的碳点在ph值为1~7时，随着ph值增长，发射光强度增长不明显，然而在ph值7~13之间随着ph值增长，发射光强度有明显的增强；mumme[11]等在对玉米秸秆青贮饲料水热碳化的影响研究中发现:较高的反应温度可以提高生物碳中碳元素的含量，但生物碳的产量与表面积下降，在温度低于300 ℃时可获得较高产率的固体生物碳。王家樑[12]等采用甘蔗渣研究了不同的水热参数对水热效果的影响。研究结果显示，温度在所考察的参数中是主要的影响因素，停留时间等也对其也有一定的影响。通过他们的研究，我们可以得知，温度、时间、ph等对碳源的水热碳化程度有很大影响。我们希望通过其对水热过程中的条件进行调节优化，使之相对达到较佳的荧光性能。
2. 研究内容和预期目标
1. 探索利用木质素水热合成纳米碳点的基本方法；
2. 调节反应条件（温度、ph等），制备出荧光效果较好的纳米碳点；
3. 探讨金属离子的加入对于纳米碳点荧光强度的影响，筛选出荧光淬灭现象明显的金属离子并确定其发生荧光淬灭的浓度范围。
3. 研究的方法与步骤
1. 以造纸厂回收的木质素作为碳源，通过一定温度和时间的水热反应实现碳点的制备；
2. 通过离心、过滤、透析等分离手段对碳点进行筛选，同时考察不同反应温度、时间及pH等条件对于所制备碳点的荧光性的影响，确定荧光效果最佳的反应条件；
3.在荧光效果最佳的碳点溶液中加入各种金属离子，观察其荧光现象，找出荧光淬灭现象较为明显的金属离子，在此基础上，调节加入的金属离子浓度，探索浓度与荧光强度之间的关系或规律，从而确定金属离子浓度下限。4. 参考文献
[1]xu xiao you, rayrobert, gu yun long , ploehn harry j, gearheart latha, raker kyle, scrivenswalter a. electrophoretic analysis and purification of fluorescentsingle-walled carbon nanotube fragments.[j]. journal of the american chemicalsociety, 2004, 126(40).
[2] tian l, ghoshd, chen w, et al. nano sized carbon particles from natural gas soot [j].chemistry of materials, 2009, 21(13): 2803-2809.
[3] wu zhu lian,zhang pu, gao ming xuan, liu chun fang, wang wei, leng fei and huang cheng zhi.one-pot hydrothermal synthesisof highly luminescentnitrogen-doped amphoteric carbondots for bioimaging from bombyxmori silk-natural proteins[j]. j. mater. chem. b, 2003, 1: 2868-2873.
5. 计划与进度安排
1.2022-12-28~2022-03-14：查阅文献，了解课题背景，完成开题报告。
2.2022-03-15~2022-03-20：开展初步实验，用木质素制备纳米碳点。
3.2022-03-21~2022-04-01：通过改变反应条件，提高荧光性能
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