CN104357047A - 一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法 - Google Patents

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李岚
李霖霖
赵相国
徐建萍
张晓松
刘泽明
张旭光
王昶
石鑫
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Abstract

一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，将十八胺加入到十八烯中，加热搅拌直至完全溶解，得到溶液A；将溶液A加热后迅速加入一水柠檬酸进行反应，得到深红棕色反应液B；将反应液B与甲醇混合均匀，冷却至室温后离心、洗涤，得到纯化后的掺氮碳量子点。本发明的优点是：该制备方法工艺简单、操作方便，所制备的掺氮碳量子点不仅发光可调且粒度规律变化，碳量子点具有无毒、易于功能化、荧光强度高且稳定、尺寸精细可控等特点被应用在生物成像、传感和探针技术以及太阳能电池、发光器件、场效应晶体管等光电器件；掺氮碳量子点可溶解于甲苯等有机溶剂，对开发新型有机纳米材料及其在光电器件上的应用具有重要意义。

Description

一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法
【技术领域】
本发明涉及有机纳米材料制备领域，具体涉及一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法。
【背景技术】
自2004年发现以来，碳量子点由于无毒、易于功能化、荧光强度高且稳定、尺寸精细可控等特点被应用在生物成像、传感和探针技术以及太阳能电池、发光器件、场效应晶体管等光电器件。原料纯度高且廉价的柠檬酸是目前制备碳点最主要的碳源之一，反应机理主要包括高温热解和高温碳化；前者通过柠檬酸和其他化合物低温反应形成铵盐或者高温反应形成含酰胺键分子前驱物，然后通过高温热解或者聚核形成碳点；后者分为柠檬酸直接在高温下碳化分解后再通过氧化处理形成碳点、与高温氧化剂一起加热分解形成碳点以及在模板支持下分解形成碳点等三种方式。
为了提高碳量子点的发光效率和拓展光谱范围，掺杂元素如N、S、P等也已经被应用到碳量子点中；N原子由于大小跟C原子类似、有5个用来成键的价电子、电负性较强，其一对孤对电子很容易转移到碳结构中的SP2杂化的π轨道等特点，因此大多数认为，由含有N元素的前驱体所形成的碳量子点中，N元素可以有效改变碳点的能级结构并实现多谱段光发射。
近年来有关于掺氮调控发光的报道，参见：Guo X,Wang C F,Yu Z Y,et al.Chemical Communications,2012,48(21):2692-2694，但是上述方法工艺复杂、操作困难、耗时较长。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，该制备方法工艺简单、操作简便，制备的掺氮碳量子点碳点发光可调且荧光特性好。
本发明的技术方案：
一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，所述掺氮碳量子点的化学式为N-CNDs，具体步骤如下：
1)将十八胺[(C18H38N)]加入到十八烯中，通氮气充分循环以排净瓶内空气，在100-120℃下磁力搅拌直至完全溶解并保证混合均匀，得到溶液A；
2)将溶液A加热至230-300℃后迅速加入一水柠檬酸(C6H8O7·H2O)，溶液由无色变为淡黄色，反应5-45min，溶液由淡黄色变为棕色，最后得到深红棕色反应液B；
3)将反应液B等份抽取，分别与甲醇混合均匀，冷却至室温后离心，将沉淀物分别用双倍体积量甲醇洗涤离心3次，离心条件均为5000r/min，离心时间5min，得到纯化后的掺氮碳量子点。
所述十八胺(C18H38N)与十八烯的用量比为1g:10mL。
所述十八胺(C18H38N)与一水柠檬酸碳源的质量比为1.5:1。
所述反应液B与甲醇的体积比为1:1。
本发明的优点是：
该制备方法以十八胺和一水柠檬酸为原料，一步反应即可制得掺氮碳量子点，工艺简单、操作方便，所制备的掺氮碳量子点不仅发光可调且粒度规律变化，碳量子点具有无毒、易于功能化、荧光强度高且稳定、尺寸精细可控等特点被应用在生物成像、传感和探针技术以及太阳能电池、发光器件、场效应晶体管等光电器件；掺氮碳量子点可溶解于甲苯、氯仿、正己烷、丙酮等有机溶剂，对开发新型有机纳米材料及其在光电器件上的应用具有重要意义。
【附图说明】
图1为制备的N-CNDs的红外傅里叶(FTIR)图。
图2为制备的N-CNDs的原子力显微镜(AFM)照片以及其对应的高度分布直方图。
图3为制备的N-CNDs的紫外可见吸收(UV-Vis)图。
图4为制备的N-CNDs荧光光谱(PL)图。
【具体实施方式】
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，所述掺氮碳量子点的化学式为N-CNDs，具体步骤如下：
1)将1.5g十八胺[(C18H38N)]加入到15mL十八烯中，通氮气充分循环以排净瓶内空气，加热至100℃同时磁力搅拌直至完全溶解并保证混合均匀，得到溶液A；
2)将溶液A加热至230℃后迅速加入1g一水柠檬酸(C6H8O7·H2O)，溶液由无色变为淡黄色，反应35min，溶液由淡黄色变为棕色，最后得到深红棕色反应液B；
3)将反应液B等份抽取2mL，分别与2mL甲醇混合均匀，冷却至室温后离心，将沉淀物分别用双倍体积量甲醇洗涤离心3次，离心条件均为5000r/min，离心时间5min，得到纯化后的掺氮碳量子点。称取0.1g纯化后的掺氮碳量子点溶解于10mL丙酮中，并标记为1号。
实施例2：
一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，所述掺氮碳量子点的化学式为N-CNDs，具体步骤如下：
1)将1.5g十八胺[(C18H38N)]加入到15mL十八烯中，通氮气充分循环以排净瓶内空气，加热至110℃同时磁力搅拌直至完全溶解并保证混合均匀，得到溶液A；
2)将溶液A加热至270℃后迅速加入1g一水柠檬酸(C6H8O7·H2O)，溶液由无色变为淡黄色，反应15min，溶液由淡黄色变为棕色，最后得到深红棕色反应液B；
3)将反应液B等份抽取2mL，分别与2mL甲醇混合均匀，冷却至室温后离心，将沉淀物分别用双倍体积量甲醇洗涤离心3次，离心条件均为5000r/min，离心时间5min，得到纯化后的掺氮碳量子点。称取0.1g纯化后的掺氮碳量子点溶解于10mL丙酮中，并标记为2号。
实施例3：
一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，所述掺氮碳量子点的化学式为N-CNDs，具体步骤如下：
1)将1.5g十八胺[(C18H38N)]加入到15mL十八烯中，通氮气充分循环以排净瓶内空气，加热至120℃同时磁力搅拌直至完全溶解并保证混合均匀，得到溶液A；
2)将溶液A加热至300℃后迅速加入1g一水柠檬酸(C6H8O7·H2O)，溶液由无色变为淡黄色，反应5min，溶液由淡黄色变为棕色，最后得到深红棕色反应液B；
3)将反应液B等份抽取2mL，分别与2mL甲醇混合均匀，冷却至室温后离心，将沉淀物分别用双倍体积量甲醇洗涤离心3次，离心条件均为5000r/min，离心时间5min，得到纯化后的掺氮碳量子点。称取0.1g纯化后的掺氮碳量子点溶解于10mL丙酮中，并标记为3号。
利用本发明所述方法制备的N-CNDs的元素分析结果见下表：
样品 C％ H％ N％ O％(计算值)
1(230℃) 79.27 14.57 2.56 3.6
2(270℃) 76.46 13.27 3.01 7.26
3(300℃) 73.94 12.78 4.2 9.08
表中表明：随着反应温度的升高碳点表面的C(79.27wt％、76.46wt％、73.94wt％)、H(14.57wt％、13.27wt％、12.78wt％)含量比例是逐渐减小，而含N(2.56wt％、3.01wt％、4.2wt％)比例是逐渐增加。
图1为利用本发明所述方法制备的N-CNDs的红外傅里叶(FTIR)图。图中表明：不同反应温度条件下碳量子点的红外峰值位置没有很大差异，N相关的有机基团的强度逐渐增大，同时烷烃链相关的基团(-CH2-、-CH3)强度逐渐减小，反应温度的升高加剧了分子前驱物的反应程度，使得表面的烷烃链(-CH2-、-CH3)逐渐参与反应形成碳核，因而含量逐渐减少，导致N含量相对增大。
图2为利用本发明所述方法制备的N-CNDs的原子力显微镜(AFM)照片以及其对应的高度分布直方图，其中1、2、3分别代表实施例1、2、3的实验结果。图中表明：随着反应温度的升高1、2、3号碳量子点的平均粒径分别为10.23nm、8.10nm、6.77nm，由于反应温度升高加剧了碳核的形成同时表面的烷烃链参与反应逐渐消耗，因此导致形成的碳点逐渐减小。
图3为利用本发明所述方法制备的N-CNDs的紫外可见吸收(UV-Vis)图。图中表明：370nm左右的吸收峰位逐渐增强，由于光吸收是由N原子上一对孤对电子向C原子转移引起的，因此含氮比例的增大提高了样品的光吸收效率。同时计算可知1、2、3号样品的光学带隙是逐渐减小的，分别为3.18eV、3.08eV、3.01eV。
图4为利用本发明所述方法制备的N-CNDs荧光光谱(PL)图。图中表明：含氮比例的增加减小了碳点的光学带隙，光谱发生红移。
本方案所制备的N-CNDs荧光特性好，疏水特性且可以溶解于多种有机溶剂，稳定性好，发光可调，在易受水影响的光电器件上有着巨大的潜在应用价值。
上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在未背离本发明的原理与工艺过程下所作的其它任何改变、替代、简化等，均为等效的置换，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，所述掺氮碳量子点的化学式为N-CNDs，其特征在于具体步骤如下：
1)将十八胺[(C18H38N)]加入到十八烯中，通氮气充分循环以排净瓶内空气，在100-120℃下磁力搅拌直至完全溶解并保证混合均匀，得到溶液A；
2)将溶液A加热至230-300℃后迅速加入一水柠檬酸(C6H8O7·H2O)，溶液由无色变为淡黄色，反应5-45min，溶液由淡黄色变为棕色，最后得到深红棕色反应液B；
3)将反应液B等份抽取，分别与甲醇混合均匀，冷却至室温后离心，将沉淀物分别用双倍体积量甲醇洗涤离心3次，离心条件均为5000r/min，离心时间5min，得到纯化后的掺氮碳量子点。
2.根据权利要求1所述采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，，其特征在于：所述十八胺(C18H38N)与十八烯的用量比为1g:10mL。
3.根据权利要求1所述采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，，其特征在于：所述十八胺(C18H38N)与一水柠檬酸碳源的质量比为1.5:1。
4.根据权利要求1所述采用一步法制备发光可调的掺氮碳量子点的方法，，其特征在于：所述反应液B与甲醇的体积比为1:1。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106563134A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种靶向性荧光磁性纳米材料及其制备和应用
CN106867528A (zh) * 2017-03-23 2017-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种碳纳米点及其制备方法、碳纳米点复合材料及其制备方法和发光led
CN106952826A (zh) * 2017-03-30 2017-07-14 深圳市华星光电技术有限公司 一种场效应晶体管及其制备方法
CN107418568A (zh) * 2017-06-16 2017-12-01 南京工业大学 一种零维和二维杂化的全碳发白光荧光粉的制备方法
CN109054820A (zh) * 2018-07-11 2018-12-21 苏州星烁纳米科技有限公司 碳量子点的制备方法
CN109179377A (zh) * 2018-09-26 2019-01-11 东华大学 一种疏水性荧光碳点的制备方法
CN109294570A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 河南大学 一种油相碳点的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120205598A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-16 Shenzhen Thales Science & Technology Co., LTD. "Green" synthesis of colloidal nanocrystals and their water-soluble preparation
CN103756675A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 西安亚博生物技术有限公司 一种掺氮碳量子点及其制备方法和应用
CN103788944A (zh) * 2014-01-27 2014-05-14 安徽大学 一种氮掺杂碳量子点的简易绿色合成方法
CN103923647A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 中国石油大学(北京) 一种掺氮高致发光的碳量子点及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120205598A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-16 Shenzhen Thales Science & Technology Co., LTD. "Green" synthesis of colloidal nanocrystals and their water-soluble preparation
CN103756675A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 西安亚博生物技术有限公司 一种掺氮碳量子点及其制备方法和应用
CN103788944A (zh) * 2014-01-27 2014-05-14 安徽大学 一种氮掺杂碳量子点的简易绿色合成方法
CN103923647A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 中国石油大学(北京) 一种掺氮高致发光的碳量子点及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FU WANG等: "One-Step Synthesis of Highly Luminescent Carbon Dots in Noncoordinating Solvents", 《CHEM. MATER.》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106563134A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种靶向性荧光磁性纳米材料及其制备和应用
CN106867528A (zh) * 2017-03-23 2017-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种碳纳米点及其制备方法、碳纳米点复合材料及其制备方法和发光led
CN106952826A (zh) * 2017-03-30 2017-07-14 深圳市华星光电技术有限公司 一种场效应晶体管及其制备方法
WO2018176537A1 (zh) * 2017-03-30 2018-10-04 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 一种场效应晶体管及其制备方法
US10170629B2 (en) 2017-03-30 2019-01-01 Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd Field-effect transistor and the manufacturing method
CN107418568A (zh) * 2017-06-16 2017-12-01 南京工业大学 一种零维和二维杂化的全碳发白光荧光粉的制备方法
CN109054820A (zh) * 2018-07-11 2018-12-21 苏州星烁纳米科技有限公司 碳量子点的制备方法
CN109054820B (zh) * 2018-07-11 2022-04-15 苏州星烁纳米科技有限公司 碳量子点的制备方法
CN109179377A (zh) * 2018-09-26 2019-01-11 东华大学 一种疏水性荧光碳点的制备方法
CN109179377B (zh) * 2018-09-26 2021-11-09 东华大学 一种疏水性荧光碳点的制备方法
CN109294570A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 河南大学 一种油相碳点的制备方法

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