CN102173420B - 一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，该方法是将硅量子点溶解于有机溶剂中，加入过氧化物；然后在无水无氧的条件下进行加热反应，经纯化后得到产品。本发明方法工艺简单，反应条件易于控制，反应时间短，可实现大量、快速修饰改性硅量子点。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的表面水溶性修饰改性方法，尤其是涉及一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法。
背景技术
硅量子点具有发光可调、荧光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好和无毒的特性，有望在光电子器件、纳米催化剂、生物分析和荧光成像技术领域显示其广阔的应用前景[Nanoscale 2011,10.1039/c0nr00559b]。但是，作为光电子器件材料，硅量子点表面必须修饰上疏水的有机功能基团；用于生物医学领域，硅量子点表面必须进行亲水性修饰，以便和生物分子DNA、抗原、抗体共价结合。因此，硅量子点的表面修饰改性是一件非常重要的工作。目前，硅量子点的表面修饰改性主要分为两大类：一类是卤化的硅量子点表面富含氯原子或溴原子，这类硅量子点的表面修饰主要利用硅烷试剂和卤化的硅量子点偶联达到硅量子点修饰改性的目的[Nano Lett,2004,4,1181-1186]；另一类是硅氢量子点表面富含氢原子，对这类硅量子点的表面修饰改性主要是通过利用表面氢化的硅量子点在光照或催化剂的作用下与末端带有碳碳双键的有机分子发生加成反应，实现硅量子点表面修饰改性的目的[Adv.Mater.2006,18,2053-2056;ACS Nano 2008,2,873-878;JACS 2010,132,248-253;ACSNano 2010,4,4645-4656]。到目前为止，还未见碳自由基反应修饰硅量子点的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，该方法工艺简单，反应条件易于控制，反应时间短，可实现大量、快速修饰改性硅量子点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，是将硅量子点溶解在有机溶剂中，加入过氧化物；然后在无水无氧的条件下加热反应，经纯化后得到产品。具体包括如下步骤：
1）将硅量子点溶解于有机溶剂中，至完全溶解，然后加入过氧化物；
所述硅量子点和过氧化物的质量比为1：30～300；
所述硅量子点与有机溶剂的比例是3毫克硅量子点溶解到2-6毫升有机溶剂中；
2）在无水无氧条件下加热至60～180℃，使过氧化物分解，释放出二氧化碳并产生自由基，产生的自由基与硅量子点反应0.5～4小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点进行纯化，得到产品。
进一步的，所述有机溶剂是苯、甲苯、二甲苯或二氯苯；优选二氯苯。
进一步的，所述过氧化物是可以生成自由基的有机过氧化物。
所述有机过氧化物包括过氧化丁二酸、过氧化月桂酸或过氧化丙二酸酰胺。
进一步的，所述硅量子点和过氧化物的质量比1：100。
进一步的，步骤2）中，加热的温度为120～150℃。
进一步的，步骤2）中，反应时间为1～2小时。
进一步的，步骤3）中，所述纯化方法是萃取方法、透析方法或高速离心方法。
进一步的，所述的硅量子点是通过电化学腐蚀的方法制备而得到的硅量子点。
本发明具有如下有益效果：本发明方法工艺简单，反应条件易于控制，反应时间短，可实现大量、快速修饰改性硅量子点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明采用的过氧化有机物修饰改性硅量子点表面的原理图；式中R是脂肪族的、芳香族的或其他的疏水或亲水基团；
图2是本发明实施例1制备的水溶性硅量子点的TEM透射电镜照片；
图3是本发明实施例1制备的水溶性硅量子点的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；
图4是本发明实施例1制备的水溶性硅量子点表面的C1s光电子能谱；
图5是本发明实施例1制备的水溶性硅量子点的光学照片和荧光像；
图6是本发明实施例1制备的水溶性硅量子点的细胞成像。
具体实施方式
实施例1
一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，包括如下步骤：
称取3mg新制备的硅量子点置于双口烧瓶中，加入150mg过氧化丁二酸和3ml二氯苯溶液，在无水无氧条件下，搅拌加热至120℃，10分钟后，烧瓶中有大量气泡溢出，表明过氧化丁二酸酐分解放出二氧化碳和CH2CH2COOH自由基，.CH2CH2COOH自由基和硅量子点迅速反应得到水溶性的Si-(CH2CH2COOH)n,继续反应1小时后，将反应后产物转移到分液漏斗中，加入纯水，萃取，功能化后的水溶性硅量子点转移到水相中；将硅量子点水溶液转移到透析袋中，在纯水中透析24小时，除去过量的.CH2CH2COOH，得到纯的硅量子点水溶液。对产品进行光谱表征和形貌观察以及成分分析。
实施例2
一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，包括如下步骤：
称取3mg通过电化学腐蚀的方法新制备的硅量子点置于双口烧瓶中，加入150mg过氧化丙二酸酰胺和3ml二氯苯溶液，在无水无氧条件下，搅拌加热至120℃，10分钟后，烧瓶中有大量气泡溢出，表明过氧化丙二酸酰胺分解放出二氧化碳和·CH2CONH2自由基，·CH2CONH2自由基和硅量子点迅速反应得到水溶性的Si-(CH2CONH2)n,继续反应1小时后，将反应后产物转移到分液漏斗中，加入适量的高纯水，萃取，功能化后的水溶性硅量子点转移到水相中。将硅量子点水溶液转移到透析袋中，在纯水中透析24小时，除去过量的·CH2CONH2，得到纯的硅量子点水溶液。对水溶性硅量子点进行光谱表征和形貌观察以及成分分析。
实施例3
一种硅量子点的表面修饰改性方法，包括如下步骤：
称取3mg新制备的硅量子点置于双口烧瓶中，加入150mg过氧化月桂酰和3ml甲苯溶液，在无水无氧条件下，搅拌加热至120℃，10分钟后，烧瓶中有大量气泡溢出，表明过氧化月桂酰分解放出二氧化碳和.CH3(CH2)10自由基，CH3(CH2)10自由基和硅量子点迅速反应得到Si-(CH3(CH2)10)n,继续反应1小时后，用高速离心机多次洗涤，真空干燥,得到疏水性的硅量子点。
实施例4
一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，包括如下步骤：
1）将硅量子点扩散到苯中，然后加入过氧化丁二酸；所述硅量子点和过氧化丁二酸的质量比为1：30；所述硅量子点与有机溶剂的比例是3毫克硅量子点溶解到2毫升有机溶剂中；
2）在无水无氧条件下加热至60℃，使过氧化丁二酸分解，释放出二氧化碳并产生自由基，产生的自由基与硅量子点反应0.5小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点通过萃取方法进行纯化，得到产品。
实施例5
一种硅量子点的表面修饰改性方法，包括如下步骤：
1）将硅量子点扩散到甲苯中，然后加入过氧化二苯甲酰；所述硅量子点和过氧化二苯甲酰的质量比为1：300；所述硅量子点与甲苯的比例是3毫克硅量子点溶解到6毫升甲苯中；
2）在无水无氧条件下加热至180℃，使过氧化二苯甲酰分解，释放出二氧化碳并产生自由基，产生的自由基与硅量子点反应4小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点通过透析方法进行纯化，得到产品。
实施例6
一种硅量子点的表面修饰改性方法，包括如下步骤：
1）将硅量子点扩散到二甲苯中，然后加入二烷基过氧化物；所述硅量子点和二烷基过氧化物的质量比为1：200；所述硅量子点与有机溶剂的比例是3毫克硅量子点溶解到3毫升有机溶剂中；
2）在无水无氧条件下加热至160℃，使二烷基过氧化物分解，释放出二氧化碳并产生自由基，产生的自由基与硅量子点反应0.5～4小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点通过高速离心方法进行纯化，得到产品。
实施例7
一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，包括如下步骤：
1）将硅量子点扩散到二氯苯中，然后加入过氧化月桂酸；所述硅量子点和过氧化月桂酸的质量比为1：100；所述硅量子点与二氯苯的比例是3毫克硅量子点溶解到4毫升二氯苯中；
2）在无水无氧条件下加热至130℃，使过氧化月桂酸分解，释放出二氧化碳并产生自由基，产生的自由基与硅量子点反应1.5小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点通过透析方法进行纯化，得到产品。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：该方法是将硅量子点溶解于有机溶剂中，加入过氧化物；然后在无水无氧的条件下进行加热反应，经纯化后得到产品；所述过氧化物是过氧化丁二酸、过氧化月桂酸或过氧化丙二酸酰胺。
2.根据权利要求1所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将硅量子点溶解于有机溶剂中，然后加入过氧化物；
所述硅量子点和过氧化物的质量比为1：30～300；
所述硅量子点：有机溶剂=3毫克：2～6毫升；
2）在无水无氧条件下加热至60～180℃，反应0.5～4小时；
3）将步骤2）得到的硅量子点进行纯化，得到产品。
3.根据权利要求1或2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：所述有机溶剂是苯、甲苯、二甲苯或二氯苯。
4.根据权利要求2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：所述硅量子点和过氧化物的质量比1：100。
5.根据权利要求2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：步骤2）中，加热的温度为120～150℃。
6.根据权利要求2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：步骤2）中，反应时间为1～2小时。
7.根据权利要求2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：步骤3）中，所述纯化方法是萃取方法、透析方法或高速离心方法。
8.根据权利要求1或2所述的硅量子点的表面水溶性修饰改性方法，其特征在于：所述的硅量子点是通过电化学腐蚀的方法制备而得到的硅量子点。
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| Haiping Peng et al..sidewall carboxylic acid functionalization of single-walled carbon nanotubes.《J.AM.CHEM.SOC.》.2003,第125卷(第49期),摘要. * |
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| Publication number | Publication date |
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| CN102173420A (zh) | 2011-09-07 |
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