CN104528691A - 一种高量子产率荧光碳点的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高量子产率荧光碳点的合成方法，利用本发明所提供的方法合成的碳量子点量子产率较高，不需要进行后期的强酸或表面钝化处理，能够解决现在碳量子点的制备方法因工艺和原料限制无法进行规模化生产以及获得的碳量子点荧光产率较低的问题。而且采用本发明方法合成的碳量子点作为荧光探针检测其他物质，具有快速、灵敏度高且选择性好的优点。

Description

一种高量子产率荧光碳点的合成方法

技术领域

本发明涉及发光纳米材料，尤其涉及碳量子点，具体是一种高量子产率荧光碳点的合成方法。

背景技术

碳量子点是荧光碳纳米材料中最重要的一种，也称为碳点、碳纳米点、碳纳米晶，是尺寸大小在10nm以下的，单分散的，几何形状近乎准球型的一种新兴的碳纳米功能材料。相对于传统的半导体量子点和有机染料(制备方法繁琐，价格昂贵，环境不友好，易发生光漂白等)，荧光碳量子点粒径小，水溶性好，化学惰性高，易于功能化，耐光漂白，低毒性，并且具有良好的生物相容性。

荧光碳量子点在诸多领域的应用，集结了众多研究者对其制备方法、性能优化、应用拓展等方面研究的兴趣和探索的步伐。近年来众多研究者利用不同的方法，不同的原料制备了结构、组成相似或有差异的一系列的碳量子点，并且有的研究者对其进行修饰例如：结合金属粒子、金属化合物、有机聚合物、元素沉积和包覆等，丰富了碳量子点在生物科学、化学科学和物理科学方向的新应用。

碳量子点的制备方法目前主要有两种：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即从较大的碳结构剥落进而制备碳纳米颗粒的物理方法，再通过聚合物表面钝化的方式使其有效发光。主要包括电弧放电、激光剥蚀、电化学氧化、电子书辐射等。该方法往往需要严格的实验条件和特殊的能源，成本高，而且获得的碳量子点量子产率比较低。自下而上的合成方法，即通过热解或碳化合适的前驱物直接合成荧光碳量子点。方法包括：燃烧法、热液碳化法、微波法、超声法等，但这类方法所采用的往往都是不可再生能源且需要严格的后期处理，所以也不利于持续并规模生产荧光碳量子点。因此，寻找廉价易得、天然无毒的原料，利用简易有效的方法快速制备光学异性优异的碳量子点显得尤其重要。

发明内容

为了解决背景技术存在的技术问题，本发明一种高量子产率荧光碳点的合成方法，包括以下步骤：

1)将聚乙二醇和甘油混合并充分搅拌至溶液澄清；

2)将步骤1)的混合溶液置于微波反应器中进行高温反应；

3)待混合溶液冷却到50℃，加入丝氨酸，然后继续升温进行反应，得到黑红色的糊状物；

4)将步骤3)中的黑红色的的糊状物注入剪切分子量1000的透析袋中，用超纯水透析24小时；

5)在恒温的条件下将透析液旋转蒸发得到样品。

优选的是，所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述步骤1)中的聚乙二醇的分子量为1500，加入量为1.0g，所述的甘油加入15ml。

优选的是，所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤2)中微波反应器的温度设置为140℃，反应时间为15min。

优选的是，所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤3)中加入的丝氨酸为1.0g，在反应器中升温至180℃进行微波反应10min。

优选的是，所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤5)中透析液的体积为300ml，在60℃恒温的条件下，旋转蒸发一个小时，最后得到样品体积为260ml。

本发明的有益效果：

1、本发明提供方法操作简单，不需要进行后期的强酸或表面钝化处理。

2、试剂来源广泛、价格便宜，生产设备仅需要微波反应器，可以控温且操作方便。

总之，本发明操作简单，原料易得且价格便宜。反应条件温和可以调控，所得碳量子点量子产率较高，解决了现在碳量子点制备方法因工艺和原料限制无法规模化生产且获得碳量子点荧光产率较低的问题，该量子点可用于金属离子检测、生物标记、生物影像等

附图说明

图1为本发明的荧光碳点的紫外吸收光谱和荧光发射光谱。

图2为荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图。

图3为本发明的荧光碳点的红外吸收光谱。

图4为标准物硫酸奎宁和本发明荧光碳点在350nm的激发波长下的量子产率对比图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但绝对不是对本发明范围的限制。下面参照实施例进一步详细阐述本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明并不限于这些实施例以及使用的制备方法。而且，本领域技术人员根据本发明的描述可以对本发明进行等同替换、组合、改良或修饰，这些都包括在本发明的范围内。

实施例1

1)将1.0g分子量为1500的聚乙二醇和15ml甘油混合并充分搅拌至溶液澄清；

2)将澄清溶液置于微波反应器中140℃高温反应15min；

3)待澄清溶液冷却到50℃，加入1.0g的丝氨酸，然后继续升温至180℃进行微波反应10min后得到黑红色的糊状物；

4)将制得黑红色的糊状物注入剪切分子量1000的透析袋中用超纯水透析24小时；

5)最后蒸发浓缩，取300ml的透析液在60℃恒温的条件下，旋转蒸发一个小时，最后得到260ml样品。

参比法测定样品的荧光量子产率，采用硫酸奎宁作为标准参照物，已知硫酸奎宁在以0.1mol/L的硫酸为溶剂，激发波为350nm条件下的量子产率为0.58。分别测量样品和参照物在同一激发波长下的积分荧光强度和在该波长的吸光度，做线性图，如图4，斜率为激发光的积分荧光强度与吸光度的比值，故根据公式Yu＝Ys·Fu/Fs·As/Au，(Yu、Ys分别为待测物质和参比标准物质的荧光量子产率；Fu、Fs分别为待测物质和参比物质的积分荧光强度；Au、As分别为待测物质和参比物质在该激发波长的入射光的吸光度)计算出样品的荧光量子产率为0.13。

结论：采用本方法合成的碳点量子产率较高，不需要进行后期的强酸或表面钝化处理，能够解决现在碳量子点制备方法因工艺和原料限制无法进行规模化生产以及获得的碳量子点荧光产率较低的问题。而且采用本发明方法合成的碳量子点作为荧光探针检测其他物质，具有快速、灵敏度高且选择性好的优点。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (5)

1.一种高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将聚乙二醇和甘油混合并充分搅拌至溶液澄清；

2)将步骤1)的混合溶液置于微波反应器中进行高温反应；

3)待混合溶液冷却到50℃，加入丝氨酸，然后继续升温进行反应，得到黑红色的糊状物；

4)将步骤3)中的黑红色的的糊状物注入剪切分子量1000的透析袋中，用超纯水透析24小时；

5)在恒温的条件下将透析液旋转蒸发得到样品。

2.如权利要求1所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述步骤1)中的聚乙二醇的分子量为1500，加入量为1.0g，所述的甘油加入15ml。

3.如权利要求1所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤2)中微波反应器的温度设置为140℃，反应时间为15min。

4.如权利要求1所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤3)中加入的丝氨酸为1.0g，在反应器中升温至180℃进行微波反应10min。

5.如权利要求1所述的高量子产率荧光碳点的合成方法，其特征在于，所述的步骤5)中透析液的体积为300ml，在60℃恒温的条件下，旋转蒸发一个小时，最后得到样品体积为260ml。