CN109678136A - 一种微乳液法制备单分散碳点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微乳液法制备单分散碳点的方法。该方法包括：将柠檬酸、杂原子源、水、有机溶剂与乳化剂混合，超声分散，加热反应，旋蒸，破乳、沉淀、洗涤，干燥。该方法原料廉价易得、操作过程简单、反应条件温和，得到的碳点具有良好的分散性、出色的荧光稳定性。
Description
技术领域
本发明属于碳点制备领域，特别涉及一种微乳液法制备单分散碳点的方法。
背景技术
碳点作为新型的荧光碳纳米材料，具有良好的发光性能与小尺寸特性，而且还具有很低的生物毒性与无光眨眼性能。因此，在细胞成像、标记及检测等领域有着广阔的应用前景，是替代金属量子点和传统标记物的优良选择。
由于碳点的这些优异性质，许多工作者都在致力于寻找合成碳点的各种方法，并且研究碳点的这种光至发光性质。当今科研界合成碳点的方法很多，例如锻烧法、微波法、水热法等，得到的碳点光学性质非常优秀，但是其存在一些不足，就是量子产率低、粒径不均一，分散性差(Shi Ying Lim,Wei Shen,et al.Carbon quantum dots and theirapplications[J].Chem.Soc.Rev,2015,44,362.)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微乳液法制备单分散碳点的方法，以克服现有技术中碳点量子产率低、粒径不均一、分散性差的缺陷。
为了寻求量子产率更高、粒径分布更加均一的碳点，本发明使用微乳液结合共掺杂的方法合成碳点。
微乳液法是一种简便的方法。它是将碳源和杂原子源混合在一起，加入水相和油相，在乳化剂的作用下，形成均一稳定的微乳液体系，如此便将反应体系分割成一个个大小均一的空间，使反应在其中进行，可以得到分散性更好，粒径更加均一的产物。共掺杂的方法是在体系中引入杂原子，这种方法可以提高荧光强度和荧光产率。在反应体系中可以掺入氮源、硫源、磷源等，使得到的碳点的量子产率得到提升。
本发明的一种微乳液法制备单分散碳点的方法，包括：
室温条件下，将柠檬酸、杂原子源、水、有机溶剂与乳化剂以质量比为0.7～0.8:0.3～0.6:4～8:5～6:0.01～0.03混合，超声(100w)分散，得到稳定的油包水体系，加热反应，旋蒸除去有机溶剂，破乳、沉淀、洗涤，干燥，得到碳点。
所述杂原子源包括氮源、硫源或磷源。
所述氮源为脲。
所述有机溶剂为环己烷；乳化剂为司盘80。
所述超声分散时间为15-20min。
所述加热反应温度为140-200℃，加热反应时间为1-2h。
所述旋蒸温度为60～80℃，旋蒸时间为10～15min。
所述破乳为：加入10-15mL乙醇破乳。
所述干燥为：在70℃下真空干燥16～20h。
所述碳点粉末溶于乙醇配置成0.1mg/ml碳点溶液，超声分散10～15min。
本发明提供一种上述方法制备的碳点。
本发明还提供一种上述方法制备的碳点的应用。
本发明以柠檬酸、脲为原料，水为液相、环己烷为油相、司盘80为乳化剂，通过磁力搅拌和超声作用使其混合均匀，形成稳定的微乳液体系，该体系可视为一个微反应器，使碳点成核、生长、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成球形颗粒，以避免颗粒之间进一步团聚，所制备的碳点粒径均一，分散性好。
有益效果
本发明使用微乳液法制备的碳点具有良好的分散性、出色的荧光稳定性，原料廉价易得、操作过程简单、反应条件温和，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中碳点的透射电镜图；
图2为实施例1中碳点的紫外/荧光发射光谱图；
图3为实施例1中碳点的光稳定性图；
图4为实施例2中不同温度制备的碳点的荧光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
室温条件下，将0.75g柠檬酸、0.5g脲溶解于5ml去离子水中，然后加入0.020g司盘80，7.5mL环己烷，超声(100w)使其混合均匀，形成稳定的微乳液。将微乳液移入以聚四氟乙烯为内衬的高压反应釜，在170℃恒温下反应1.5h，然后自然冷却。将得到的碳点溶液在70℃下旋蒸10～15min以除去多余的环己烷，接着用25～40mL乙醇洗涤旋蒸后的溶液，然后离心(10000rpm/min)10min保留下层沉淀，最后将沉淀真空干燥(70℃)16h，制得碳点粉末，该碳点的量子产率如表1所示。
表1
采用高分辨透射电镜对本实例得到的碳点进行表征，结果如图1所示，分析可知，碳点分散性较好，为球形，粒径大约为4nm。
将本实例得到的碳点进行紫外/荧光表征，结果如图2所示。分析可知，碳点在343nm处有较强的紫外吸收，最佳荧光发射波长为450nm。
将本实例得到的碳点在氙灯下进行荧光稳定性测试，结果如图3所示，分析可知，随着光照时间的增加，碳点荧光强度基本不发生变化，即该方法制备的碳点荧光稳定，基本不发生“光漂白”现象。
实施例2
将反应温度分别设定为140℃、150℃、160℃、170℃、180℃和200℃，其余均与实施例1相同，得到碳点粉末，该碳点的量子产率如表2(激发波长为450nm)所示。
表2
| 温度 | 140℃ | 150℃ | 160℃ | 170℃ | 180℃ | 200℃ |
| 量子产率 | 0.126 | 0.142 | 0.344 | 0.525 | 0.478 | 0.446 |
将本实例不同温度下制备得到的碳点在荧光光谱仪内的检测暗室进行荧光检测，激发和发射狭缝为2nm，得到的荧光发射谱图如图4所示，温度为170℃时有较好的荧光强度。
Claims (9)
1.一种微乳液法制备单分散碳点的方法，包括：
将柠檬酸、杂原子源、水、有机溶剂与乳化剂以质量比为0.7～0.8:0.3～0.6:4～8:5～6:0.01～0.03混合，超声分散，得到油包水体系，加热反应，旋蒸，破乳、沉淀、洗涤，干燥，得到碳点。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述杂原子源包括氮源、硫源或者磷源。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述氮源为脲。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述有机溶剂为环己烷；乳化剂为司盘80。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述超声分散时间为15-20min。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述加热反应温度为140-200℃，加热反应时间为1-2h。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述破乳为：加入乙醇破乳。
8.一种如权利要求1所述方法制备的碳点。
9.一种如权利要求1所述方法制备的碳点的应用。
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