一种具有催化性能的生物质基碳点及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种具有催化性能的生物质基碳点及其制备方法。

背景技术

碳点，是一类性能优异的零维碳纳米材料，自2004年被发现以来，逐渐成为碳基纳米材料家族的一颗新星。与传统的半导体量子点相比，它具有极好的水溶性，低毒性，荧光可调等优势，在环境检测、疾病诊断、光催化等方面发挥着重要作用，同时也吸引了大批研究者的兴趣。目前大部分人只注重碳点的性质和应用，而忽视了碳源的重要性。与芳香烃化合物等有毒有机分子相比，生物质更安全、更便宜且更容易获得。因此，生物质是制备碳点的良好碳源。

壳聚糖作为一种天然高分子材料，是天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有良好的生物降解性、细胞亲和性和抑菌抗癌等生理功能，广泛应用于农业、环保、医疗以及药物开发等领域。壳聚糖分子结构中的氨基基团反应活性较高，使得该多糖具有优异的生物学功能并能进行化学修饰反应，被认为是比纤维素具有更大应用潜力的功能性生物质材料。现有技术中，中国授权专利CN112494517B公开了一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用，该技术是用壳聚糖季铵盐或壳聚糖作为碳源制备得到具有抗菌性能的碳点。中国授权专利CN107478621B公开了一种定量检测血清中可代谢产生H

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种具有催化性能的生物质基碳点及其制备方法，本发明利用壳聚糖为原料，制备出一种具有催化性能的生物基碳点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法为将壳聚糖、氢氧化钠混合后经水热反应后过滤、透析、干燥，得到所述具有催化过氧化氢氧化活性的生物质基碳点。

在以上技术方案的基础上，上述制备方法优选为：

S1、将壳聚糖、氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入水混匀后进行水热反应，反应完成后冷却，得到含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2、将步骤S1得到的反应液过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中壳聚糖、氢氧化钠的质量比为1:(0.25-8)。。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，加水进行超声混匀，超声条件为60-100Hz、120-150W，超声时间为10-20min。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中水热反应温度为140-200℃，反应时间为4-24h。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中透析袋的截留分子量为1000-8000Da，透析时间为48-96h。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中冷冻干燥温度为-45～-25℃，冷冻干燥时间为24-48h。

第二方面，本发明还提供了一种具有催化性能的生物质基碳点，由上述制备方法制备而成。

第三方面，本发明还公开了所述具有催化性能的生物质基碳点在纳米酶催化领域的应用，催化H

本发明的具有催化性能的生物质基碳点相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明的具有催化性能的生物质基碳点制备原料廉价易得，过程简单，可以大批量制备，适合工业化大生产；

本发明的具有催化性能的生物质基碳点具有模拟酶催化活性，可以催化H

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的透射电镜图；

图2从左至右分别为本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的荧光光谱图和光学稳定性测试结果图；

图3为本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的红外光谱图；

图4为本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的紫外光谱图；

图5为本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的细胞毒性结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

以下实施例和对比例如果未作特殊说明，步骤S1中均按照80Hz、130W的条件下超声15min的方式进行超声混匀。步骤S2中均按透析袋的参数为截留分子量为5000Da，透析时间为96h。过滤膜的孔径为0.22μm，冷冻干燥条件为-30℃冷冻干燥48h。

实施例1

一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法，包括如下步骤：

S1将0.2g壳聚糖、0.05g氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入20mL水，超声混匀后再将反应釜放入烘箱中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，反应完成后得到棕色反应液；冷却至室温，得到黄色含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2将步骤S1得到的反应液通过过滤膜过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

实施例2

一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法，包括如下步骤：

S1将0.2g壳聚糖、1.6g氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入20mL水，超声混匀后再将反应釜放入烘箱中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，反应完成后得到棕色反应液；冷却至室温，得到黄色含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2将步骤S1得到的反应液通过过滤膜过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

实施例3

一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法，包括如下步骤：

S1将0.2g壳聚糖、0.8g氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入20mL水，超声混匀后再将反应釜放入烘箱中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，反应完成后得到棕色反应液；冷却至室温，得到黄色含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2将步骤S1得到的反应液通过过滤膜过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

对比例1

一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法，包括如下步骤：

S1S1将0.2g壳聚糖、0.02g氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入20mL水，超声混匀后再将反应釜放入烘箱中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，反应完成后得到棕色反应液；冷却至室温，得到黄色含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2将步骤S1得到的反应液通过过滤膜过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

对比例2

一种具有催化性能的生物质基碳点的制备方法，包括如下步骤：

S1S1将0.2g壳聚糖、1.8g氢氧化钠混合后置于聚四氟乙烯的反应釜中，加入20mL水，超声混匀后再将反应釜放入烘箱中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，反应完成后得到棕色反应液；冷却至室温，得到黄色含有水溶性生物质基碳点的反应液；

S2将步骤S1得到的反应液通过过滤膜过滤，取滤液用水透析，透析结束后冷冻干燥，得到所述具有催化性能的生物质基碳点。

试验例：具有催化性能的生物质基碳点的微观形态、荧光光谱、红外光谱、紫外光谱、细胞毒性测试

1、本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的TEM图如图1所示。从图1可以看出生物质基碳点呈近似球形，粒径大小均一，具有较好的分散性。

2、本发明实施例1得到的具有催化性能的生物质基碳点的荧光光谱图及光学稳定性测试结果如图2所示。图2(左)所示为该碳点的荧光光谱图，从图中可以看出，该碳点的荧光发射峰表现出激发波长依赖性，荧光发射峰的位置随激发波长的改变而改变，进一步对该碳点的光学稳定性进行测试，结果如图2(右)，碳点溶液放置0～96h后，其荧光峰强度基本保持不变。

3、利用傅里叶红外光谱仪对实施例1制备得到的具有催化性能的生物质基碳点的官能团进行分析，从图3可以看出，3467cm

4、利用紫外分光光度计对实施例1制得的具有催化性能的生物质基碳点进行酶催化性能测试。图4A所示为TMB和H

表1具有催化性能的生物质基碳点的酶催化性能测试结果(以25mM H

从表1中的实验数据可以看出，本发明实施例1制得的具有催化性能的生物质基碳点的酶催化性能效果最好，可能的原因是壳聚糖和氢氧化钠的质量比会影响碳点的结构，而碳点的结构对碳点的酶催化性能有很大影响。

5、细胞毒性测试：测试对象为实施例1制得的具有催化性能的生物质基碳点，具体方法为：将Vero和4T1细胞分别接种在96孔板上，置于37℃，5％CO

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。