CN109825290A - 一种聚集诱导发光型碳量子点及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚集诱导发光型碳量子点及其制备方法，包括：将血红蛋白与硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在加热条件下搅拌反应，得到反应产物混合液；在产物混合液中加入无机碱水溶液，使混合液pH=7，冷却至0℃；将冷却后的混合液进行过滤，得到的母液进行浓缩，加入乙醇，除去硫酸盐，剩余母液进行浓缩并冷冻干燥，得到聚集诱导发光型碳量子点，制得的荧光碳量子点的粒径为4~8nm。该方法工艺简单，反应条件温和，能耗低，荧光性能好，难猝灭。实现了碳量子点聚集诱导发光，有利于碳量子点推广应用。

Description

一种聚集诱导发光型碳量子点及其制备方法

技术领域

本发明涉及碳量子点合成领域，尤其涉及一种聚集诱导发光的碳量子点及其制备方法。

背景技术

碳量子点是2004年在研究碳纳米管时，用电泳分离纯化单壁碳纳米管时被偶然发现的一种碳纳米材料。碳量子点以碳为基本结构单元，三维尺度均是纳米尺寸，可分散于水或其他溶剂中，近似球形，表面含有丰富的官能团，尺寸小于10 nm的碳材料。由于碳量子点易于功能化、具有独特性质、细胞毒性小、生物相容性好，还具有化学惰性、抗光漂白性、稳定性等优点，被广泛应用于生物成像、生物传感、光催化、光疗、药物载体、化学传感、荧光墨水等领域。

碳量子点的合成方法主要分为两大类：第一类是通过自上而下的方法制备碳量子点，主要是通过破坏碳材料微观结构的方法制备，通常此类方法反应条件比较剧烈、分离复杂，常见方法有电化学氧化、激光剥蚀和等离子体放电等方法。第二类方法是通过自下而上的方法合成碳量子点，将含碳元素的分子作为碳源制备碳量子点，通常能控制制备纳米碳的大小、形状，但制备的步骤就相对复杂。

传统的荧光生色团在高浓度下荧光会减弱甚至不发光，这种现象被称作“浓度猝灭”效应。浓度猝灭的主要原因跟聚集体的形成有关，故“浓度猝灭”效应通常也被叫做“聚集导致荧光猝灭”。2001年，唐本忠教授课题组发现了一个奇特的现象：一些噻咯分子在溶液中几乎不发光，而在聚集状态或固体薄膜下发光大大增强。因为此发光增强是由聚集所导致的，故形象地将此现象定义为“聚集诱导发光”。

目前制备的大部分碳量子点都没有聚集诱导发光的特性，大部分的碳量子点的浓溶液和固体均显现出聚集荧光猝灭，不能激发出荧光，限制了它作为固体发光材料的应用，而聚集诱导发光的碳量子点相对于其他普通的碳量子点就具有重要的价值。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种聚集诱导发光的碳量子点及其制备方法，以相对简单且低成本的制备聚集诱导发光的碳量子点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种聚集诱导发光的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

1）取血红蛋白及硫酸，将血红蛋白与硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在加热条件下搅拌反应，得到反应产物混合液；

2）在产物混合液中加入无机碱水溶液，使混合液pH=7，冷却至0℃；

3）将冷却后的混合液进行过滤，母液进行浓缩，加入乙醇，除去硫酸盐沉淀，剩余母液进行浓缩并冷冻干燥，得到聚集诱导发光型碳量子点。

本发明制备方法步骤1)中，血红蛋白与硫酸的质量比为1:5；

血红蛋白的纯度>90%；

硫酸的浓度为92-98%；

所述血红蛋白与硫酸在常温下混合后，再加热至60℃搅拌反应4-6h，得到反应产物混合液。

本发明制备方法步骤2)中，混合液的冷却时间为3-4h；

无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，无机碱水溶液的质量分数为20-30%。

本发明制备方法步骤3)中，母液浓缩至原体积20%后加入乙醇，乙醇的浓度为>98%；

乙醇与母液的体积比为5-10:1；

剩余母液冷冻干燥时间为48-72h。

采用本发明制备方法制备的碳量子点的粒径为4～8nm；碳量子点具有与其他碳量子点完全不同的聚集诱导发光的特性，并且荧光强度强，具有强烈的红色荧光，且难以猝灭，还具有很大的斯托克斯位移。

本发明制备方法，工艺简单，反应条件温和，能耗低，制备的碳量子点荧光性能优良，利于在生物成像、发光材料、传感检测以及癌症治疗进行应用。

附图说明

图1为实施例1制备的聚集诱导发光型碳量子点的高分辨透射电镜图像；

图2为实施例2制备的聚集诱导发光型碳量子点在不同浓度下的不良溶剂中的荧光光谱图；

图3为实施例2制备的聚集诱导发光型碳量子点的荧光最大发射-最大激发光谱图；

图4为实施例3制备的聚集诱导发光型碳量子点在不同浓度下的不良溶剂中的粒径关系图；

图5为实施例3制备的聚集诱导发光型碳量子点的粒径与荧光光谱关系图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

实施例1

制备聚集诱导发光型碳量子点，包括以下步骤：

1）称取1g血红蛋白与5g硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在60℃搅拌反应4小时，得到反应产物混合液；

2）将无机碱氢氧化钠溶于水，制成氢氧化钠水溶液；在产物混合液中加入30%的氢氧化钠水溶液，使混合液pH=7，在0℃冷却3小时；

3）将冷却后的混合液进行过滤，得到的母液进行浓缩，加入5倍母液体积的乙醇，除去硫酸钠沉淀，剩余母液进行浓缩、并冷冻干燥50 h，得到聚集诱导发光型碳量子点，制得的碳量子点的粒径为4.5nm。

实施例1制备的聚集诱导发光型碳量子点的高分辨透射电镜图像如图1所示，通过该图像可以看出，该碳量子点的分散性好。

实施例2

制备聚集诱导发光型碳量子点，包括以下步骤：

1）称取5g血红蛋白与25g硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在60℃搅拌反应6小时，得到反应产物混合液；

2）将无机碱氢氧化钾溶于水，制成氢氧化钾水溶液；在产物混合液中加入20%的氢氧化钾水溶液，使混合液pH=7，在0℃冷却3小时；

3）将冷却后的混合液进行过滤，得到的母液进行浓缩，加入8倍母液体积的乙醇，除去硫酸钾沉淀，剩余母液进行浓缩、并冷冻干燥50 h，得到聚集诱导发光型碳量子点，制得的碳量子点的粒径为4.8nm。

实施例2制备的聚集诱导发光型碳量子点的荧光光谱如图2，3所示，通过该光谱图可以看出，该碳量子点具有较大的斯托克斯位移，并且荧光强度可调。

实施例3

制备聚集诱导发光型碳量子点，包括以下步骤：

1）称取10g血红蛋白与50g硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在60℃搅拌反应6小时，得到反应产物混合液；

2）将氨气溶于水，制成氨水；在产物混合液中加入25%的氨水，使混合液pH=7，在0℃冷却4小时；

3）将冷却后的混合液进行过滤，得到的母液进行浓缩，加入10倍母液体积的乙醇，除去硫酸铵沉淀，剩余母液进行浓缩、并冷冻干燥50 h，得到聚集诱导发光型碳量子点，制得的碳量子点的粒径为5.0nm。

实施例3制备的聚集诱导发光型碳量子点的粒径与荧光强度关系如图4，5所示，通过该图可以看出，该碳量子点不会发生聚集诱导猝灭，并且荧光强度可调。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种聚集诱导发光型碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1） 取血红蛋白及硫酸，将血红蛋白与硫酸混合制成悬浊液，悬浊液在加热条件下搅拌反应，得到反应产物混合液；

2）在产物混合液中加入无机碱水溶液，使混合液pH=7，冷却至0℃；

3）将冷却后的混合液进行过滤，得到的母液进行浓缩，加入乙醇，除去硫酸盐沉淀，剩余母液进行浓缩并冷冻干燥，得到聚集诱导发光型碳量子点。

2.根据权利要求1所述的聚集诱导发光型碳量子点的制备方法，其特征在于：

步骤1)中，血红蛋白与硫酸的质量比为1:5；

血红蛋白的纯度>90%；

硫酸的浓度为92-98%；

所述血红蛋白与硫酸在常温下混合后，再加热至60℃搅拌反应4-6h，得到反应产物混合液。

3.根据权利要求1所述的聚集诱导发光型碳量子点的制备方法，其特征在于：

步骤2)中，混合液的冷却时间为3-4h；

无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，无机碱水溶液的质量分数为20-30%。

4.根据权利要求1所述的聚集诱导发光型碳量子点的制备方法，其特征在于：

步骤3)中，母液浓缩至原体积20%后加入乙醇，乙醇的浓度为>98%；

乙醇与母液的体积比为5-10:1；

剩余母液冷冻干燥时间为48-72h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的碳量子点，其特征在于：

制备的碳量子点的粒径为4～8nm；

碳量子点具有与其他碳量子点完全不同的聚集诱导发光的特性，并且荧光强度强，具有强烈的红色荧光，且难以猝灭，还具有很大的斯托克斯位移。