CN108128766B - 一种可调节光谱性质的碳点的制备方法 - Google Patents

一种可调节光谱性质的碳点的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可调节光谱性质的碳点的制备方法，该方法通过改变含氮前驱物和含硫前驱物的比例，利用微波水热法一步合成，再通过分离提纯手段得到一系列具有不同光谱性质的碳点。本方法操作简便，无需苛刻反应条件或后续繁杂处理即可实现在同一波长激发下，发射出不同颜色的荧光。这对医学成像，发光器件的制备等方面具有潜在的应用价值。

Description

一种可调节光谱性质的碳点的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳点的制备方法，具体的涉及一种可调节光谱性质的碳点的制备方法。
背景技术
碳点具有许多优良的性质，如化学惰性，低毒性，生物适宜性和稳定的发光性，因此在光催化、光电子、药物递送、传感和医学成像方面具有潜在的应用价值。其中，碳点在不同激发波长下能够发射不同波长的荧光这一性质受到了广泛的关注。但在实际应用中，不可能在一个体系中设置不同的激发光源，使得其这种可调节的荧光光谱性质的应用受到了限制。目前，对于制备可调节荧光光谱的碳点的方法通常利用复杂化学合成方法或后续分离过程，不利于批量化生产应用。因此，需要发展一种简便的可以得到可调节光谱性质的碳点制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调节光谱性质的碳点的制备方法，该制备方法操作简便，无需苛刻反应条件及后续繁杂处理，可推广使用。
一种可调节光谱性质的碳点的制备方法，具体为：将含氮前驱体和含硫前驱体以不同摩尔比例混合，通过微波水热法制备得到一系列具有不同光谱性质的碳点。
该方法的具体制备步骤如下：
(1)前驱体混合：分别配制浓度为0.01～0.2mmol/mL的含氮前驱体和0.01～0.2mmol/mL含硫前驱体，分别将它们按投料摩尔比例(0～10):(1～10)混合后放入微波消解罐中，超声分散10～20min；
(2)水热反应：将上述罐体放入微波消解仪中，设置180℃，微波加热30min；
(3)分离提纯：待罐体冷却后打开，对大颗粒沉淀物进行离心分离，之后利用纯净水透析提纯，真空干燥得到产物。
所述的含氮前驱体为乙醇胺、乙二胺、氨水、巴比妥酸、硝酸中的一种或二种以上。
所述的含硫化合物为硫代苹果酸、巯基乙酸、硫代丙醇、硫代呋喃、硫代苯酚、苯磺酸、对甲苯磺酸中的一种或二种以上。步骤(3)中的离心转速8000～12000r/min，时间5～20min；所述透析方法中使用的透析袋的截留分子量为500～5000kDa，透析时间为12～36小时。
本发明具有如下优点：
1.制备方法操作简便，无需苛刻反应条件及后续繁杂处理；
2.本发明制备的一系列碳点具有在同一波长激发下，发射不同颜色荧光的光谱性质，在医学成像、发光器件的制备中具有潜在的应用价值。
附图说明
图1.七种不同比例硫代苹果酸和乙二胺制备的碳点的紫外光谱，图例表示前驱物硫代苹果酸与乙二胺的摩尔比例；
图2.七种不同比例硫代苹果酸和乙二胺制备的碳点的荧光光谱，图例表示前驱物硫代苹果酸与乙二胺的摩尔比例；
图3.五种不同比例巯基乙酸和乙醇胺制备的碳点在360nm紫外灯下的荧光照片，从左到右巯基乙酸的摩尔比例逐渐增大。
具体实施方式
实施例1
配制浓度分别为0.01、0.01、0.01、0.01、0.01、0.02和0.04mmol/mL硫代苹果酸和0.08、0.04、0.02、0.01、0、0.01和0.01mmol/mL乙二胺，分别将它们按投料摩尔比例1:8、1:4、1:2、1:1、1:0、2:1和4:1混合后放入微波消解罐中，超声分散10min后，将这些罐体放入微波消解仪中，设置180℃，微波加热30min，待反应结束罐体冷却后打开，对大颗粒沉淀物进行离心分离，离心转速10000r/min，离心5min，之后利用2000DKa透析袋以纯净水透析提纯24h，真空干燥得到一系列含不同氮硫比例的碳点。将上述制备的7种碳点分别以20mg/L的浓度溶于水中，然后利用紫外可见光谱仪和荧光光谱仪进行表征，得到如图1和图2所示的紫外光谱和荧光光谱。可见，不同的氮硫前驱物比例对碳点的光谱性质有很大的影响。同一碳点浓度下，硫代苹果酸与乙二胺的比例为1:1时，其在350-400nm波长下紫外吸收最强；而只含有硫代苹果酸的前驱物在350-400nm波长范围内吸收最弱(图1)。对于同一激发波长340nm条件下得到的荧光发射光谱图(图2)可以看出，随着硫代苹果酸比例的增加，荧光光谱逐渐红移，在硫代苹果酸：乙二胺的比例为2:1和4:1时，红移至最大位置。因此，可通过调节前驱物中的氮硫比得到可调节光谱性质的碳点。
实施例2
称取0.05、0.05、0.05、0.1和0.2mmol/mL的巯基乙酸和0.2、0.1、0.05、0.05和0.05mmol/mL的乙醇胺，分别将它们按投料摩尔比例1:4、1:2、1:1、2:1和4:1混合后放入微波消解罐中，超声分散15min后，将这些罐体放入微波消解仪中，设置160℃，微波加热30min，待反应结束罐体冷却后打开，对大颗粒沉淀物进行离心分离，离心转速10000r/min，离心5min，之后利用5000DKa透析袋以纯净水透析提纯12h，真空干燥得到一系列含不同氮硫比例的碳点。将所得到的五种碳点以10mg/L的浓度分散到水中，在360nm紫外灯下照射，发出的荧光照片如图3所示。可见，随着巯基乙酸的比例增大，荧光发生红移，从左到右五种比例前驱体得到的碳点荧光从蓝色变色黄绿色。
实施例3
称取0.02、0.02、0.02、0.04和0.08mmol/mL的硫代丙醇和0.08、0.04、0.02、0.02和0.02mmol/mL的巴比妥酸，分别将它们按投料摩尔比例1:4、1:2、1:1、2:1和4:1混合后放入微波消解罐中，超声分散15min后，将这些罐体放入微波消解仪中，设置200℃，微波加热30min，待反应结束罐体冷却后打开，对大颗粒沉淀物进行离心分离，离心转速12000r/min，离心10min，之后利用1000DKa透析袋以纯净水透析提纯36h，真空干燥得到一系列含不同氮硫比例的碳点。将所得到的五种碳点以10mg/L的浓度分散到水中，在360nm紫外灯下照射，也发现随着硫代丙醇的量的增加，荧光发生红移，从蓝色变为黄绿色。可见，硫比例的增加有利于发射长波长的荧光。

Claims (3)

1.一种可调节光谱性质的碳点的制备方法，其特征在于该方法为：将含氮前驱体和含硫前驱体以不同摩尔比例混合，通过微波水热法制备得到一系列具有不同光谱性质的碳点；
所述的含氮前驱体为乙醇胺、乙二胺、氨水、巴比妥酸或硝酸中的一种或二种以上；
所述的含硫前驱体为硫代苹果酸、巯基乙酸、硫代丙醇、硫代呋喃、硫代苯酚、苯磺酸、对甲苯磺酸或噻吩-2,5-二羧酸中的一种或二种以上。
2.根据权利要求1所述可调节光谱性质的碳点的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：
(1)前驱体混合：分别配制浓度为0.01～0.2mmol/mL的含氮前驱体和0.01～0.2mmol/mL含硫前驱体，分别将它们按投料摩尔比例0～10:1～10混合后放入微波消解罐中，超声分散10～20min；
(2)水热反应：将上述罐体放入微波消解仪中，设置160～200℃，微波加热30min；
(3)分离提纯：待罐体冷却后打开，对大颗粒沉淀物进行离心分离，之后利用纯净水透析提纯，真空干燥得到产物。
3.根据权利要求2所述可调节光谱性质的碳点的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的离心转速8000～12000r/min，时间5～20min；所述透析方法中使用的透析袋的截留分子量为500～5000kDa，透析时间为12～36小时。
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