碳量子点及其制备方法和在固氮微生物类芽孢杆菌中的应用

本申请涉及纳米碳材料领域，尤其涉及一种碳量子点及其制备方法和在固氮微生物类芽孢杆菌中的应用。

背景技术：

1、碳量子点（carbon dots, cds）作为一种零维碳纳米材料，因其优异的水溶性、独特的光电特性、良好的生物相容性及低毒性，在生物示踪和微生态调控等领域展现出巨大的潜力。

2、目前，一步水热法是合成碳量子点常用的方法之一。然而，现有一步水热法体系合成碳量子点的技术方案仍存在以下问题：缺乏对碳晶核生长的调控，导致碳晶核生长过程较易发生无序聚并、产物粒径分布较宽、量子产率有限、缺陷态调控空间较小等问题。

3、因此，如何实现对碳量子的碳晶核生长、表面化学结构以及缺陷态的多维度协同调控等，对于推动碳量子点材料的可控制备及其在农业微生物领域（如固氮、促进微生物生长等）的功能化应用具有重要的科学意义与应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，本申请提供了碳量子点及其制备方法和在固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6中的应用。

2、作为本申请的第一个方面，提供了一种碳量子点的制备方法，包括：将柠檬酸、茶多酚、含氮掺杂剂溶解于水中，加入金属盐-腐殖酸共改性生物炭，混合后得到悬浮液；将悬浮液加入至反应器内进行水热反应，离心分离，得到上清液；上清液经过滤、透析、冻干，得到碳量子点；其中，金属盐-腐殖酸共改性生物炭由金属盐、腐殖酸对生物炭改性而得，金属盐选自铁盐或铝盐。

3、作为本申请的第二个方面，提供了一种碳量子点，采用上述碳量子点的制备方法制得。

4、作为本申请的第三个方面，提供了一种碳量子点在固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6中的应用，该固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no. 35901。

5、基于上述技术方案，本申请提供的碳量子点及其制备方法和在固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6中的应用至少存在以下有益效果之一：

6、本申请引入金属盐-腐殖酸共改性生物炭作为碳量子点限域合成的载体与碳源，茶多酚与柠檬酸复合共同作为碳量子点的有机碳源前驱体，结合含氮掺杂剂，共同实现了对碳量子点碳核有序生长、表面化学结构及能级缺陷态等的精准调控。

7、其中，金属盐-腐殖酸共改性生物炭一方面作为限域水热反应的载体，其孔道为碳量子点晶核的形成与生长提供了空间限域环境，有效抑制了碳量子点晶核的无序聚并；另一方面，金属盐-腐殖酸共改性生物炭上面的金属活性位点与腐殖酸中的醌基、酚羟基官能团参与协同催化，与柠檬酸、茶多酚碳前驱体及含氮掺杂剂共同构筑了富含含氧、含氮官能团、能级缺陷态丰富的碳量子点表面化学结构。通过上述多维度协同调控，最终赋予该碳量子点具有优异的电子传递性能与固氮增效性能等特点。

8、该碳量子点具有表面丰富化学结构及能级缺陷态、多波段荧光、良好生物相容性等特点。将其应用于固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6中，能够明显提高固氮效率和促进菌株生长。

1.一种碳量子点的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

8.一种碳量子点，其特征在于，采用如权利要求1~7中任意一项所述的制备方法制得。

9.一种如权利要求8所述的碳量子点在固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6中的应用，其特征在于，所述固氮微生物类芽孢杆菌（paenibacillus sp.）sy6保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为cgmcc no. 35901。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：