CN104164232A - 掺氮碳量子点的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：将水溶性的氨基酸、肽或蛋白质与可溶性糖溶液在130-180℃的温度条件下于聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中反应，反应结束后冷却，之后进行过滤和透析，干燥后即得掺氮碳量子点。本发明的制备方法简单，反应条件温和，可操作性和重复性强，只需在130-180℃即可反应，没有更多的条件限制，且使用原料环保；其中的葡萄糖和甘氨酸作为原料制得的碳量子点尺寸为2至3纳米，产率为76.0%，量子产率为13.8%，并且对铁离子有荧光猝灭作用，可用于传感领域。
Description
技术领域
本发明涉及量子点制备技术领域，特别是指一种掺氮碳量子点的制备方法。
背景技术
近年来，随着荧光纳米材料领域的发展，新型量子点材料如雨后春笋般的出现，这也使传统的量子点领域受到不小的冲击。比如，传统的半导体量子点（如硒化镉，碲化镉），其制备条件苛刻（如隔绝空气），毒性较强（在制备时使用大量重金属），生物兼容性较差（通常还需包一层保护膜，如二氧化硅，才能用于生物领域），这些缺点使其在生物活体领域的应用大打折扣。
碳量子点是近年来新兴的一种纳米荧光材料，与半导体量子点相比，它具有良好的生物相容性，绝佳的环保性，优异的光学性能，因此受到了广泛的关注。制备碳量子点的方法很多，最常见的有酸氧化法、微波法，水热法、电化学氧化法、激光法等，用到的原料有碳纳米管、石墨烯、蜡烛灰、有机体、以及其他小分子碳源等，但是，上述方法通常较为耗时，复杂，且使用一些环境不友好的腐蚀性物质用于表面修饰。而在原料层面上，上述原料通常价格昂贵（如碳纳米管）而且成分复杂（如蜡烛灰和有机体），难以达到成分标准化，不利于工业化和大规模生产。
发明内容
本发明提出一种掺氮碳量子点的制备方法，解决了现有制备方法的条件苛刻和毒性较强的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
将水溶性的氨基酸、肽或蛋白质与可溶性糖溶液在130-180℃的温度条件于聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中反应，反应结束后冷却，之后进行过滤和透析，干燥后即得掺氮碳量子点。
作为优选的技术方案，所述水溶性的氨基酸、肽或蛋白质与可溶性糖的质量比为3-5：5-7。
作为优选的技术方案，所述水溶性的氨基酸、肽或蛋白质的浓度为0.1-0.16g/ml；所述可溶性糖溶液的浓度为0.16-0.23g/ml。
作为优选的技术方案，所述水溶性的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸或牛磺酸。
作为优选的技术方案，所述肽为谷胱甘肽或双甘肽。
作为优选的技术方案，所述蛋白质为牛血清白蛋白。
作为优选的技术方案，所述可溶性糖为葡萄糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、果糖或乳糖。
作为优选的技术方案，所述反应温度为140-160℃，反应时间为40-60min。
作为优选的技术方案，所述过滤使用孔径为0.22微米的滤膜。
作为优选的技术方案，所述干燥为冷冻干燥或烘箱干燥。
有益效果
（1）本发明的制备方法简单，反应条件温和，可操作性和重复性强，只需在130-180℃的温度条件下于聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中即可反应，没有更多的条件限制，且使用原料环保；
（2）本发明中的葡萄糖和甘氨酸作为原料制得的碳量子点尺寸为2至3纳米，产率为76.0%，量子产率为13.8%，并且对铁离子有荧光猝灭作用，可用于传感领域。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g葡萄糖和0.3g甘氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的葡萄糖和甘氨酸混合溶液30ml转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为130℃，反应时间为60分钟。此步骤中对于葡萄糖与甘氨酸的比例没有精确要求。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻，即得掺氮碳量子点。
上述制得的碳量子点尺寸为2至3纳米，产率为76.0%，量子产率为13.8%。
实施例2
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g木糖和0.3g甘氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的木糖和甘氨酸混合溶液30ml转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为130℃，反应时间为60分钟。此步骤中对于葡萄糖与甘氨酸的比例没有精确要求。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为2.99%。
实施例3
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g蔗糖和0.3g甘氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和甘氨酸混合溶液30ml转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为130℃，反应时间为60分钟。此步骤中对于葡萄糖与甘氨酸的比例没有精确要求。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为3.97%。
实施例4
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g木糖和0.3g丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的木糖和丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为180℃，反应时间为30分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为5.46%。
实施例5
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g葡萄糖和0.3g丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的葡萄糖和丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为180℃，反应时间为30分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，最后将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为18.3%。
实施例6
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g蔗糖和0.3g丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为180℃，反应时间为30分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋进行透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为3.15%。
实施例7
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g木糖和0.3g苯丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的木糖和苯丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为140℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，最后将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为5.63%。
实施例8
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g葡萄糖和0.3g苯丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的葡萄糖和苯丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为140℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为6.11%。
实施例9
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g蔗糖和0.3g苯丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和苯丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为140℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为2.08%。
实施例10
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g木糖和0.3g双甘肽配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的木糖和双甘肽混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为160℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为5.63%。
实施例11
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g蔗糖和0.3g双甘肽配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和双甘肽混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为160℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，最后将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为7.43%。
实施例12
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g葡萄糖和0.3g双甘肽配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的葡萄糖和双甘肽混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为160℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为10.8%。
实施例13
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g木糖和0.3g牛血清白蛋白配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的木糖和牛血清白蛋白混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为150℃，反应时间为50分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为14000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋外的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为0.21%。
实施例14
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g葡萄糖和0.3g牛血清白蛋白配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的葡萄糖和牛血清白蛋白混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为150℃，反应时间为50分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为14000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋外的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为1.27%。
实施例15
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.6g蔗糖和0.3g牛血清白蛋白配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和牛血清白蛋白混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为150℃，反应时间为50分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为14000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋外的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
上述的量子产率为1.78%。
实施例16
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.5g乳糖和0.5g苯丙氨酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的乳糖和苯丙氨酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为150℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行冷冻干燥，即得掺氮碳量子点。
实施例17
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.7g蔗糖和0.5g牛磺酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的蔗糖和牛磺酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为155℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋进行透析1天。
步骤S4：透析结束后，将透析袋内的液体进行干燥，即得掺氮碳量子点。
实施例18
一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
步骤S1：将0.7g麦芽糖和0.4g牛磺酸配制成混合溶液30ml，溶剂为去离子水。
步骤S2：将上述配制的麦芽糖和牛磺酸混合溶液转移到聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，于烘箱中加热，反应温度为155℃，反应时间为40分钟。
步骤S3：待反应结束，将冷却后的上述产物用孔径为0.22微米的滤膜进行过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析1天。
步骤S4：透析结束后，最后将透析袋内的液体进行干燥，即得掺氮碳量子点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。
Claims (10)
1.一种掺氮碳量子点的制备方法，包括：
将水溶性的氨基酸、肽或蛋白质与可溶性糖溶液在130-180℃的温度条件下于聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中反应，反应结束后冷却，之后进行过滤和透析，干燥后即得掺氮碳量子点。
2.根据权利要求1所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述水溶性的氨基酸、肽或蛋白质与可溶性糖溶液的质量比为3-5：5-7。
3.根据权利要求1所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述水溶性的氨基酸、肽或蛋白质的浓度为0.1-0.16g/ml；所述可溶性糖溶液的浓度为0.16-0.23g/ml。
4.根据权利要求2所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述水溶性的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸或牛磺酸。
5.根据权利要求2所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述肽为谷胱甘肽或双甘肽。
6.根据权利要求2所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述蛋白质为牛血清白蛋白。
7.根据权利要求2所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述可溶性糖为葡萄糖、木糖、蔗糖、麦芽糖、果糖或乳糖。
8.根据权利要求1所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述反应温度为140-160℃，反应时间为30-60min。
9.根据权利要求1所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述过滤使用孔径为0.22微米的滤膜。
10.根据权利要求1所述的一种掺氮碳量子点的制备方法，其特征在于，所述干燥为冷冻干燥或烘箱干燥。
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