CN111662712A - 一种固态发光碳纳米点的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固态发光碳纳米点的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。解决现有碳纳米点荧光发射波长随激发波长大幅移动、固体荧光效率低的技术问题。本发明以含多羧基、多羟基的有机化合物为原料，以富含氨基、羧基化合物为N‑掺杂剂，通过微波法制备高荧光量子效率的固态发光碳纳米点。本发明的制备方法简单，成本低，便于大规模生产，制备的碳纳米点可以使固态细菌染色，固态时荧光量子效率超过53％，具有发射波长基本不随激发波长移动的特点。制备的固态发光碳纳米点无毒、长久放置或紫外照射不会变质，可应用到生物成像、细菌检测与监测、卫生防疫等领域。

Description

一种固态发光碳纳米点的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种固态发光碳纳米点的制备方法。
背景技术
碳纳米点是一种新型的纳米材料，具有良好的化学稳定性、无毒、无光闪烁，生物相容性好。碳纳米点表面含有丰富的羧基、羟基、氨基基团，便于功能化，而且生物毒性低。具有荧光特性，特别是液态、固态均具有荧光发光特性的碳纳米点在生物成像、细菌检测与监测、卫生防疫、照明显示、光电器件等多种领域具有广泛的应用前景。
目前纳米碳点的合成方法很多：电化学方法、激光消融法、弧光放电、微波法、水热合成法、热解法、反胶束等。上述方法合成的碳纳米点多数具有水溶液中荧光效率较高、但固态发光效率较低的特性，且需要与被成像物体进行长时间的共培育，在生物传感、成像等方面的应用具有一定局限性。例如：文献(J.Mater.Chem.B,2013,1,1774–1781)中碳纳米点水溶液与癌细胞共培养24h，然后用显微镜观察。文献(J.Mater.Chem.B,2013,1,787–792)中，碳纳米点水溶液与人血清蛋白共培养3h。文献(J.Mater.Chem.B,2013,1,2375-2382)中，碳纳米点水溶液与E coli在培养基溶液中37度下共培养24h。文献(Journal ofPhotochemistry&Photobiology,B:Biology 191(2019)150–155)中，蓝、绿、黄色荧光碳纳米点的发光效率分别只有5.7，7.9和5.2％，也是与E coli等细菌在培养基溶液中37度下共培养24h。
目前固态碳纳米点发光效率仍较低，常规方法一般采用表面包覆的办法，提高固态碳纳米点发光效率，但这些办法会导致碳纳米点尺寸增大，不利于生物荧光成像。或者由于发光效率较低，荧光成像时需要较高碳纳米点浓度，也极大地限制了该类材料在微生物荧光成像方面的应用。现有技术中还没有同时具有制备成本低、制备方法简便、无毒、固态体系中表现出高荧光量子产率、并可以应用到细菌检测与监测、卫生防疫中的碳纳米点。
发明内容
本发明要解决现有技术中碳纳米点荧光发射波长随激发波长大幅移动、固体荧光效率低的技术问题，提供一种固态发光碳纳米点的制备方法。本发明是以含多羧基、多羟基的有机化合物及富含氨基、羧基化合物为原料，在室温下通过微波加热法一步合成稳定、高效的，蓝光激发的固态发光碳纳米点，荧光量子效率可达53％以上。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
本发明提供一种固态发光碳纳米点的制备方法，包括以下步骤：
以含多羧基、多羟基的有机化合物为原料，以富含氨基、羧基化合物为N-掺杂剂，二者以一定重量比配置成水溶液，充分混合；在室温下通过微波加热法一步合成稳定、高效的固态发光碳纳米点。
优选的是：所述的含多羧基、多羟基的有机化合物为N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸、乙二胺四乙酸、或者二羟基琥珀酸。
进一步优选的是：所述的含多羧基、多羟基的有机化合物为N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸。
优选的是：所述的富含氨基、羧基化合物为赖氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、或者色氨酸。
进一步优选的是：所述的富含氨基、羧基化合物为甘氨酸。
优选的是：所述的含多羧基、多羟基的有机化合物与富含氨基、羧基化合物加入重量比为3:0.5-0.5:2，进一步优选的是：重量比为2.5:2。
优选的是：本发明的固态发光碳纳米点的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、取含多羧基、多羟基的有机化合物溶于水中，充分混合，得到溶液；
步骤2、将富含氨基、羧基化合物加入步骤1溶液中，充分混合，得到溶液；
步骤3、将步骤2的溶液放入微波炉中，通过微波加热反应获得黄棕色固体；
步骤4、将步骤3得到的黄棕色固体，溶于水，离心，上清液经透析袋过滤掉小分子，得到溶液；
步骤5、将步骤4得到的溶液冷冻后，冻干，得到稳定、高效的固态发光碳纳米点。
进一步优选的是：步骤3中，所述的微波加热条件是功率为600-800W，加热时间为2-10分钟。更优选的是，所述的微波炉功率为800W，选中高火，间断加热时间3分钟。
进一步优选的是：步骤4中离心的转速为4000-16000转/分钟，离心时间10-30分钟；将离心所得上清液装于透析带内，透析2小时，去掉小分子，真空干燥处理，得到碳纳米点。最优选的是离心的转速为12000转/分钟，离心时间15分钟。
进一步优选的是：步骤5中将溶液在冰箱中冷冻4-24小时，然后放入冷冻干燥机，冷冻干燥12-36小时。
将本发明制备的固态发光碳纳米点盐溶液滴在细菌薄层细胞涂片上，静置2分钟后，用生理盐水冲洗，然后空气中干燥，置于激光共聚焦显微镜下，即可以很容易观察到细菌形态。
本发明的有益效果是：
(1)本发明以含多羧基、多羟基的有机化合物为原料，与富含氨基、羧基化合物为N-掺杂剂，通过微波法制备蓝光激发、高荧光量子效率的N-掺杂的固体发光碳纳米点，最大荧光量子效率高达53％以上，具有发射波长基本不随激发波长移动的特点。
(2)本发明的制备方法简单，成本低，便于大规模生产。
(3)本发明制备的固体发光碳纳米点可以使固态细菌染色。
(4)本发明制备的固态发光碳纳米点无毒、长久放置或紫外照射不会变质，可应用到生物成像、细菌检测与监测、卫生防疫等领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的透射电镜图片。
图2为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的XPS能谱图。
图3为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的PL谱图。
图4为本实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的可见-吸收光谱图。
图5为本实施例2的激光共聚焦显微镜明场及488nm激发下的大肠杆菌照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1-4说明实施例1
本发明的一种固态发光碳纳米点的制备：
步骤1、取N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸2.5克，溶于20mL热水中，充分搅拌混合，得到溶液；
步骤2、取甘氨酸2克加入步骤1溶液中，充分搅拌混合，得到溶液；
步骤3、将步骤2中溶液放入800W微波炉中，选中高火，间断加热3分钟，获得黄棕色固体；
步骤4、将步骤3得到的棕黄色固体，溶于水，以转速为12000转/分钟，的转速离心15分钟。将离心所得上清液装于透析带内，透析2小时，去掉小分子。真空干燥处理，得到碳纳米点；
步骤5、将步骤4得到的溶液在冰箱中冷冻24小时，然后放入冷冻干燥机，冷冻干燥6小时，得到固态发光碳纳米点。
图1为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的透射电镜图片；碳纳米点粒径约2.4nm，
图2为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的XPS能谱图。图中显示，碳纳米点含有C、N、O等元素。
图3为本发明实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的PL谱图。图中可以看到发光峰基本不随发射波长移动。发射峰位于550nm附近，发光效率54％。
图4为本实施例1制备的N-掺杂碳纳米点的可见-吸收光谱图。
实施例2
结合图5说明实施例2
步骤1、取实施例1制备的固态碳纳米点样品100mg，溶于1mL生理盐水中。
步骤2、将溶液滴到固化好的涂有细菌的载玻片上，静置2分钟。
步骤3、用去离子水冲洗步骤2中的载玻片，然后30度烘箱干燥15min。
步骤4、将步骤3样品置于激光共聚焦显微镜下，可以看到明亮的绿色荧光。
图5为本实施例2的激光共聚焦显微镜明场及488nm激发下的大肠杆菌照片。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以含多羧基、多羟基的有机化合物为原料，以富含氨基、羧基化合物为N-掺杂剂，在室温下通过微波加热法一步合成稳定、高效的固态发光碳纳米点。
2.根据权利要求1所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，所述的含多羧基、多羟基的有机化合物为N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸、乙二胺四乙酸、或者二羟基琥珀酸。
3.根据权利要求1所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，所述的含多羧基、多羟基的有机化合物为N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸。
4.根据权利要求1所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，所述的富含氨基、羧基化合物为赖氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、或者色氨酸。
5.根据权利要求1所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，所述的富含氨基、羧基化合物为甘氨酸。
6.根据权利要求1所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，所述的含多羧基、多羟基的有机化合物与富含氨基、羧基化合物加入重量比为3:0.5-0.5:2。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、取含多羧基、多羟基的有机化合物溶于水中，混合均匀，得到溶液；
步骤2、将富含氨基、羧基化合物加入步骤1溶液中，混合均匀，得到溶液；
步骤3、将步骤2的溶液放入微波炉中，通过微波加热反应获得黄棕色固体；
步骤4、将步骤3得到的黄棕色固体，溶于水，离心，上清液经透析袋过滤掉小分子，得到溶液；
步骤5、将步骤4得到的溶液冷冻后，冻干，得到稳定、高效的固态发光碳纳米点。
8.根据权利要求7所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的微波加热的条件是功率为600-800W，加热时间为2-10分钟。
9.根据权利要求7所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，步骤4中离心的转速为4000-16000转/分钟，离心时间10-30分钟；透析时间为2小时。
10.根据权利要求7所述的固态发光碳纳米点的制备方法，其特征在于，步骤5中冷冻的时间为4-24小时，冻干时间为12-36小时。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114015441A (zh) * 2021-12-10 2022-02-08 兰州大学 一种绿色固态荧光碳点及其制备方法
CN114477140A (zh) * 2022-03-02 2022-05-13 澳门大学 一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用
CN116626010A (zh) * 2023-07-11 2023-08-22 长春中医药大学 白酒中醇类物质以及金属汞的检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102849722A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种碳纳米点及其制备方法与应用
CN105542764A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 兰州大学 一种高量子产率的黄色荧光碳点及其制备方法
CN109796973A (zh) * 2019-02-21 2019-05-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 固态发光碳纳米点及制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102849722A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种碳纳米点及其制备方法与应用
CN105542764A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 兰州大学 一种高量子产率的黄色荧光碳点及其制备方法
CN109796973A (zh) * 2019-02-21 2019-05-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 固态发光碳纳米点及制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YI FAN ET AL.: "Efficient and Stable Red Emissive Carbon Nanoparticles with a Hollow Sphere Structure for White Light-Emitting Diodes", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *
丛臣日: "荧光碳点掺杂三氧化钨复合材料的制备、表征及光催化降解亚甲基蓝研究", 《国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114015441A (zh) * 2021-12-10 2022-02-08 兰州大学 一种绿色固态荧光碳点及其制备方法
CN114015441B (zh) * 2021-12-10 2023-09-26 兰州大学 一种绿色固态荧光碳点及其制备方法
CN114477140A (zh) * 2022-03-02 2022-05-13 澳门大学 一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用
CN114477140B (zh) * 2022-03-02 2024-03-19 澳门大学 一种红光发射碳纳米点、其制备方法及应用
CN116626010A (zh) * 2023-07-11 2023-08-22 长春中医药大学 白酒中醇类物质以及金属汞的检测方法
CN116626010B (zh) * 2023-07-11 2023-09-29 长春中医药大学 白酒中醇类物质以及金属汞的检测方法

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