CN103911148A - 基于壳聚糖的氨基化碳氮量子点的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于壳聚糖的氨基化碳氮量子点的制备方法。采用绿色无毒、价格低廉易得的壳聚糖作为碳源，通过简单的合成及后处理方法获得氨基化碳氮量子点。所获得的碳氮量子点的粒径为4.6±1.9nm，且表面带有氨基。该方法包括以下步骤：将壳聚糖加入蒸馏水中搅拌均匀，将得到的溶液放入微波炉内加热，然后使用离心机离心，取上层清液进行透析，最后放入真空干燥箱中干燥，得到氨基化的碳氮量子点。研究结果表明获得的量子点表现出良好的荧光性质、光化学稳定性和水溶性。

Description

基于壳聚糖的氨基化碳氮量子点的制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于壳聚糖的氨基化碳氮量子点的制备方法。

背景技术

量子点又称半导体纳米晶，是颗粒粒径小于或接近于激子玻尔半径的纳米晶粒，是三维尺度限域的零维纳米材料。狭义的量子点一般是指II-VI族和III-V族元素组成的半导体荧光纳米晶。广义的量子点还包括IV-VI族、V-VI族元素组成的纳米晶，以及金簇、银簇、硅点、碳点、复合型荧光纳米颗粒等。量子点由于其独特的光学性质而得到广泛的关注，然而，在传统的半导体晶体中重金属是基本元素，使用重金属就要担心它们的毒性、稳定性和对环境的污染。

近来，新型的替代品碳量子点和碳氮量子被大家所提倡。这种环境友好型的碳纳米晶体具有优异的光学性能和良好的生物相容性、低化学活性被誉为“21世纪生物材料”，受到广泛关注。目前，制备碳量子点的方法有很多，但总体上可以起分为从上至下和从下至上两大类。从上至下类方法是利用电弧放电、激光以及化学等手段直接从大块的碳材料中获得；从下至上类方法是通过化学氧化、有机炭化等手段从有机物中获得细小而分散的碳量子点。但这些方法都或多或少有其不足之处，例如需要昂贵的合成材料、耗能的仪器设备、复杂的合成方法，严格的后处理工艺，获得量子点的量子产率较低，并且合成的量子点需要强酸或是强碱修饰，以增加量子点的水溶性。因此搜索一种简单、有效地合成荧光碳氮量子点的方法是一项非常有挑战性的工作。

本发明提出一种绿色方便高效的微波合成方法合成碳氮量子点。以壳聚糖作为前驱物，基于微波法制备碳氮量子点，并对其荧光特性进行系统研究。

发明内容

技术问题：

本发明针对传统量子点的缺点，以壳聚糖作为前驱物，基于微波法制备碳氮量子点，使用绿色无毒，低成本的化学试剂作原料，简化操作流程，提高量子产率、光稳定性，完善碳氮量子点的绿色合成方法并对其荧光特性进行系统研究。

技术方案：

1、本发明是采用如下方案实现的：将一定量的壳聚糖加入一定量蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入微波炉中(一定功率)加热一定时间，溶液颜色发生改变，冷却至室温，然后将溶液进行离心，取上层清液透析，最后放入真空干燥箱中干燥，得到氨基化的碳氮量子点

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：微波反应时间为3.5～11.5min。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：微波炉的功率为500～800W。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：核聚糖用量为0.2～0.8g，蒸馏水的体积为5～20mL。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：离心机的转速为13000转/分钟，离心时间为20～40min。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：透析时间为2～6天。

7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氨基化的碳氮量子点在真空干燥箱中干燥温度为65℃。

8、对本发明得到的碳氮量子点的重要性质进行测定：透射电镜检测，结果表明碳氮量子点成分散状态，碳氮量子点的粒径尺寸为4.6±1.9nm。通过元素分析，结果表明合成的碳氮量子点碳、氮、氢、氧的元素含量分别为34.93wt％，6.43wt％，6.97wt％和51.67wt％，与未微波反应的壳聚糖相比，碳氮量子点中得碳和氮的含量增大，主要是由于微波过程中发生了脱水反应。通过红外图谱可以看出，合成的碳氮量子点和未微波的壳聚糖表面在3447cm^-1、1644cm^-1和1593cm^-1都存在吸收，表明其表面都带有氨基，并且合成的碳氮量子点的吸收峰明显加强。

9、本发明提供的碳氮量子点的荧光量子产率采用常规的参比法测定，即在相同激发条件下，分别测定待测荧光试样、已知量子产率的参比荧光标准物质的荧光强度和同一激发波长的入射光的吸收度，再将这些值代入下面公式：

$Y_U=Y_s\×\frac{F_U}{F_S}\×\frac{A_S}{A_U}$

式中Y_U为待测末知样品的量子产率；Y_S为标准物质的荧光量子产率；F_U、F_S为待测样、标准物稀溶液的积分荧光强度；A_U、A_S为待测样、标准物对在激发波长的最大吸光度值。

以硫酸奎宁作为参比物，经测定本发明提供的碳氮量子点的荧光产率为6.4％。

附图说明

图1是本发明微波法制备碳氮量子点的合成路线示意图。

图2是本发明制得的碳氮量子点的透射电镜图谱，微波时间(a)9.5min(b)11.5min。

图3是本发明制得的碳氮量子点红外谱图，其中(a)壳聚糖，(b)微波法制得的碳氮量子点。

图4是本发明制得的碳氮量子点的紫外图谱和不同激发波长的荧光图谱

具体实施方案

一、制备实例

以下实施例为本发明的一些举例，不应被看做是对本发明的限定。

实施例1

将0.5g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(700W)加热3.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心30min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析4天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例2

将0.5g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(700W)加热3.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心40min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析6天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例3

将0.5g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(500W)加热8.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心30min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析4天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例4

将0.5g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(500W)加热6.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心20min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析6天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例5

将0.5g的壳聚糖加入20mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(700W)加热11.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心30min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析5天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例6

将0.5g的壳聚糖加入20mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(800W)加热8.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心20min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析4天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例7

将0.2g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(800W)加热9.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心30min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析4天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

实施例8

将0.2g的壳聚糖加入10mL蒸馏水中，搅拌得到均匀的透明溶液，将混合溶液放入微波炉中(500W)加热5.5min，溶液颜色发生改变，将所得反应产物冷却，然后以13000转/分钟的离心速度离心20min去除无荧光的沉淀物，于去离子水中透析5天除去未反应的壳聚糖，在真空干燥箱中干燥，即得到氨基化的碳氮量子点。

Claims (7)

1.基于壳聚糖的氨基化碳氮量子点的制备方法，其特征在于制备步骤为：将一定量的壳聚糖加入一定量蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入微波炉中(一定功率)加热一定时间，溶液颜色发生改变，冷却至室温，然后将溶液进行离心，取上层清液透析，最后放入真空干燥箱中干燥，得到氨基化的碳氮量子点。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：微波反应时间为3.5～11.5min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：微波炉的功率为500～800W。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：核聚糖用量为0.2～0.8g，蒸馏水的体积为5～20mL。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：离心机的转速为13000转/分钟，离心时间为20～40min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：透析时间为2～6天。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氨基化的碳氮量子点在真空干燥箱中干燥，温度为65℃。