CN109135735B - 一种水溶性BCx量子点的制备方法 - Google Patents

一种水溶性BCx量子点的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水溶性BCx量子点的制备方法，将含有硼碳元素的硼源与硼酸混匀后溶于去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液，经超声分散、搅拌均匀后，在140~200℃条件下水热反应5~10h，得到的初产物溶液降至室温后，再使用硼氢化钠还原，然后依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点。本发明的制备方法操作简单，后处理方便、生产成本低、环境友好，所得水溶性BCx点尺寸均一，具有明亮的蓝色荧光，可以作为高效、低毒的生物细胞成像探针，具有大规模生产的潜力和广阔的商业应用前景。

Description

一种水溶性BCx量子点的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种硼碳量子点的制备方法，特别是涉及一种可用于生物成像的水溶性BCx量子点的制备方法。
背景技术
碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光碳纳米材料，与传统的有机染料和半导体量子点相比，具有低毒、无光闪烁、易于功能化、化学惰性、高水溶性和良好生物相容性。更容易实现表面功能化，被认为是一种很好的理想材料。然而偏低的量子产率限制了碳量子点在生物科学方面的应用。
大量研究结果表明不仅可以采用有机小分子或聚合物钝化碳量子点表面来提高其量子产率，而且对碳量子点进行杂原子掺杂能够有效地改善碳量子点的光学性能和催化性能。作为和碳同周期元素且具有相似的物理性质的硼，在高温时导电良好，且存在类似于碳的sp2杂化轨道，具有短的共价键、半径和多样化的价态。当硼原子引入到碳量子点结构中，硼原子的这些性质有利于形成低维的硼碳结构，并且受到其三角晶格中的不同空位排列结构的调制，对碳结构能实现多样化的电子性质。目前，这种硼碳结构主要是采用化学气相沉积工艺（Carbon 1993, 31 (4): 637-644; Chem Mater. 2017, 29(7): 3211-3218.），具有成本高、工艺周期长、原料毒性大等缺点。本发明采用水热合成法制备低维的硼碳结构，获得了水溶性BCx量子点，具有成本低、环境友好、能耗低和制备周期短等优点。
发明内容
为了解决现有技术中硼碳结构制备工艺存在的问题，本发明公开了一种水溶性BCx量子点的制备方法，首次利用水热合成法进行制备，具有成本低、环境友好、能耗低和制备周期短等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将含有硼碳元素的硼源与硼酸按照1:(3-6)的质量比混匀后溶于去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液在140~200℃条件下水热反应5~10h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入硼氢化钠，搅拌3~6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点。
作为一种优选实施方式，步骤(1)中，所述硼源和硼酸总质量与去离子水的质量体积比为(0.01~0.03)g/mL；较佳地，所述硼氢化钠与所述硼源和硼酸总量的质量比为(1-5):10。
作为一种优选实施方式，步骤(1)中，所述含硼碳元素的硼源为四苯硼钠和/或二甲基甲硼烷，当选用四苯硼钠和二甲基甲硼烷做硼源时，两者的配比是任意的。
进一步地，将步骤(4)得到的荧光BCx量子点置于去离子水中透析3~5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥24~48h，得到干燥的水溶性BCx量子点。
本发明将同时含有硼碳元素的四苯硼钠和/或二甲基甲硼烷为原材料应用于BCx量子点的制备过程，在硼酸溶液中，经水热反应和一步还原制得具有荧光的BCx量子点。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1）本发明以两种不同的含硼化合物，四苯硼钠和二甲基甲硼烷，作为制备荧光BCx量子点的硼源，通过水热反应和一步还原制得具有荧光的水溶性BCx量子点；
2）本发明首次运用低成本的水热反应工艺，具有工艺简单、后处理方便、生产周期短、成本低、环境友好等特点；
3）所得水溶性BCx点尺寸均一，具有明亮的蓝色荧光，可以作为高效、低毒的生物细胞成像探针，具有大规模生产的潜力和广阔的商业应用前景。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明制备方法的工艺流程图。
图2是本发明中制备的BCx量子点的X射线衍射图。
图3是本发明中制备的BCx量子点的透射电镜图片、傅里叶变换图谱和粒径分布图。
图4是本发明中制备的BCx量子点中硼元素的X射线光电子能谱图。
图5是本发明中制备的BCx量子点的荧光激发发射谱图、荧光光谱随激发波长的改变的谱图和365nm紫外灯下的照片。
通过本发明中的附图2～5，能够阐明本发明中通过水热反应法制备得到BCx量子点的组成、微观结构以及荧光性能。图2是本发明中BCx量子点X-射线衍射图。图3是本发明中BCx量子点的透射电镜照片，从图中可以得出BCx量子点呈球形颗粒状，平均粒径约5.3nm；高分辨透射电镜照片表明BCx量子点存在条带结构；经过傅里叶变换后进一步说明BCx量子点中形成了新的低维硼碳结构。进一步通过X射线光电子能谱技术对本发明中BCx量子点进行分析，如图4所示，表明本发明中制备的BCx量子点中硼的存在形式主要以B4C、BC3和BCO2结构存在。图5显示了本发明中制备的BCx量子点的荧光性能，结果表明BCx量子点具有明亮的蓝色荧光。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.25g四苯硼钠与0.75g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至140℃，水热反应5h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.1g硼氢化钠，搅拌3~6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析3天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥24h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例2
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.1g四苯硼钠与0.6g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至200℃，水热反应10h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.3g硼氢化钠，搅拌6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥48h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例3
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.1g四苯硼钠与0.4g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至160℃，水热反应8h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.25g硼氢化钠，搅拌5h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析4天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥36h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例4
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将四苯硼钠0.3g与1.2g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至180℃，水热反应8h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.4g硼氢化钠，搅拌3~6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析3天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥24h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例5
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.15g四苯硼钠与0.9g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至150℃，水热反应7h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.5g硼氢化钠，搅拌3~6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥48h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例6
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.2g四苯硼钠与1g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至140℃，水热反应6h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.6g硼氢化钠，搅拌6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥48h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例7
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.2g四苯硼钠与0.8g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至180℃，水热反应10h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.2g硼氢化钠，搅拌6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥48h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
实施例8
一种水溶性BCx量子点的制备方法，包括如下步骤：
（1）将0.17g四苯硼钠与0.85g硼酸混匀后溶于50mL去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；
（2）将混合水溶液转移至不锈钢水热反应釜的聚四氟乙烯内衬中，密封后升温至190℃，水热反应8h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入0.5g硼氢化钠，搅拌5h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
（5）将荧光BCx量子点置于去离子水中透析4天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥24h，得到干燥的水溶性BCx量子点成品。
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 (3)

1.一种水溶性BCx量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将含有硼碳元素的硼源与硼酸按照1:(3-6)的质量比混匀后溶于去离子水，得到含有硼碳元素的混合水溶液；所述含有硼碳元素的硼源为四苯硼钠；
（2）将混合水溶液在140~200℃条件下水热反应5~10h；
（3）将经过步骤(2)处理的混合水溶液超声分散后，逐量加入硼氢化钠，搅拌3~6h后得到混合溶液；
（4）将步骤(3)得到的混合溶液，依次进行洗涤、抽滤、离心后，收集上清液，得到荧光BCx量子点；
将步骤（4）得到的荧光BCx量子点置于去离子水中透析3~5天，然后用液氮冷冻后，置于冷冻干燥机中干燥24~48h，得到干燥的水溶性BCx量子点。
2.如权利要求1所述水溶性BCx量子点的制备方法，其特征在于： 步骤(1)中，所述硼源和硼酸总质量与去离子水的质量体积比为(0.01~0.03)g/mL。
3.如权利要求1所述水溶性BCx量子点的制备方法，其特征在于：所述硼氢化钠与所述硼源和硼酸总和的质量比为(1-5):10。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112250081B (zh) * 2020-10-10 2022-03-08 中北大学 一种氧化硼量子点的制备方法及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102964608A (zh) * 2012-11-15 2013-03-13 中北大学 用于检测铜离子的含碳量子点的海藻酸钙凝胶的制备方法
CN105161728A (zh) * 2015-08-11 2015-12-16 东南大学 尿素改性硼碳中空球的制备及其在燃料电池中的应用
CN106365143A (zh) * 2016-08-18 2017-02-01 常州大学 一种硼掺杂碳量子点的制备方法
CN107794039A (zh) * 2017-10-27 2018-03-13 江苏大学 一种用于检测氟离子的硼酸碳量子点的制备及其应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612514B1 (ko) * 2014-06-16 2016-04-14 포항공과대학교 산학협력단 에멀젼을 이용한 탄소 양자점의 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102964608A (zh) * 2012-11-15 2013-03-13 中北大学 用于检测铜离子的含碳量子点的海藻酸钙凝胶的制备方法
CN105161728A (zh) * 2015-08-11 2015-12-16 东南大学 尿素改性硼碳中空球的制备及其在燃料电池中的应用
CN106365143A (zh) * 2016-08-18 2017-02-01 常州大学 一种硼掺杂碳量子点的制备方法
CN107794039A (zh) * 2017-10-27 2018-03-13 江苏大学 一种用于检测氟离子的硼酸碳量子点的制备及其应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Highly microporous graphite-like BCxO3-x/C nanospheres for anode materials of lithium-ion batteries;Huiqi Wang et al.,;《Journal of Materials Chemistry A》;20170109;第5卷;第2835-2843页 *
Paramagnetic Properties of Metal-Free Boron-Doped Graphene Quantum Dots and Their Application for Safe Magnetic Resonance Imaging;Hui Wang et al.,;《ADVANCED MATERIALS》;20161227;第29卷;1605416第1-7页 *
Synthesis-Modification Integration: One-Step Fabrication of Boronic Acid Functionalized Carbon Dots for Fluorescent Blood Sugar Sensing;Pengfei Shen et al.,;《Anal. Chem.》;20140402;第86卷;第5323-5329页 *

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