CN113122248B - 一种荧光碳量子点、制备方法及应用 - Google Patents

一种荧光碳量子点、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113122248B
CN113122248B CN202110312734.3A CN202110312734A CN113122248B CN 113122248 B CN113122248 B CN 113122248B CN 202110312734 A CN202110312734 A CN 202110312734A CN 113122248 B CN113122248 B CN 113122248B
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
carbon quantum
reaction kettle
amino acid
vitamin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110312734.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113122248A (zh
Inventor
戴志杰
赵雁飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Dongguan University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Dongguan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology, Dongguan University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202110312734.3A priority Critical patent/CN113122248B/zh
Publication of CN113122248A publication Critical patent/CN113122248A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113122248B publication Critical patent/CN113122248B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明属于离子检测技术领域，公开了一种荧光碳量子点、制备方法及应用，包括将无水柠檬酸、维生素C和氨基酸加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，添加20ml乙醇超声震荡加速溶解；将反应釜放置于烘箱中加热，并于加热后取出反应釜待冷却至室温；将反应釜中的产物进行离心收集上清液，再用油性滤头进行过滤收集滤液；冷冻干燥，溶于去离子水中。本发明公开的制备方法所需原材料均可从自然界中获得、价低易得，制备方法简易可行，适合扩大规模生产。本发明在400‑500nm光激发时，发射波长位于500‑600nm；荧光量子可用于Cu2+的检测；柠檬酸、维生素C为原料无氨基酸，通过对比发现氨基酸的加入提高荧光量子效率。

Description

一种荧光碳量子点、制备方法及应用
技术领域
本发明属于离子检测技术领域，尤其涉及一种荧光碳量子点、制备方法及应用。
背景技术
目前：碳量子点具有优异的稳定性、低毒性及光稳定性等等优点，因此吸引了大量科研工作者的兴趣。目前，碳量子点在生物标记、生物成像、荧光检测、LEDs、传感器、光催化、太阳能电池及电子器件等领域均被广泛应用。与其它无机量子点相比，碳量子点具有低毒性及环境友好，是未来的明星材料。同时，碳量子点的原料来源广泛，从实验室的柠檬酸、乙二胺四乙酸、尿素、乙二胺等到生活中的蔬菜、水果、树叶、果汁等都可以作为碳量子点的原料。但是，目前的碳量子点的制备方法包括水热法、微波法、激光灼烧法等等，这些方法需要消耗大量能量才能合成碳量子点，不符合节能减排的要求。而且通过现有碳量子点的原料及制备方法制得的碳量子点还存在耐强酸强碱以及强氧化性差的缺陷。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的碳量子点制备方法不环保，需要消耗大量能量制备方法复杂，且成本高；耐强酸强碱以及强氧化性差。自上而下法通过一定的物理、化学方法把大分子碳材料破碎成小分子的碳量子点，常用的制备方法有激光刻蚀、高温热解、电解法、酸刻蚀等方法；这些或是能耗高或是酸性制备条件对环境不利，并且材料消耗大，将大尺寸材料刻蚀成小尺寸纳米材料，剩余材料都浪费了。自下而上法以微波法和水热法为主。溶剂热法原料来源广泛，可采用生物质原料如蔬菜、水果、树叶等，需要对原料进行前处理，工序可能包括粉碎、筛分、溶液处理、超声处理、酸碱处理等。某些溶剂热制备过程还需用酸做催化剂，采用的溶剂并非绿色环保，还需较为复杂的后处理过程。
解决以上问题及缺陷的难度为：与高能耗的自上而下法相比，溶剂热法不失为一种更节能的制备方法。通过合理选材，选择价低易得、绿色环保的原料和溶剂；尽量避免高能耗工序，以及非环保溶剂和强酸的使用；可探索出一种绿色环保，简易节能的碳量子点加工工序。
解决以上问题及缺陷的意义为：降低能耗、避免使用非环保原材料和试剂；通过绿色环保，简易节能的制备方法获得碳量子点开展科学研究，符合“资源节约型，环境友好型”的发展模式。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种荧光碳量子点的制备方法。
本发明是这样实现的，一种荧光碳量子点的制备方法，所述荧光碳量子点的制备方法包括：基于柠檬酸、维生素C和氨基酸，通过溶剂热法制备得到。
进一步，所述基于柠檬酸、维生素C和氨基酸，通过溶剂热法制备得到包括：通过将柠檬酸、维生素C和氨基酸按特定质量比分散于溶剂中，充分分散后，进行溶剂热反应得到的粗产品，再经过分离提纯后得到碳量子点。
进一步，所述溶剂为乙醇。
进一步，所述荧光碳量子点的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将无水柠檬酸、维生素C和氨基酸加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，添加20ml乙醇超声震荡加速溶解；在原料中加入氨基酸可在量子点表面引入含N官能团，对碳量子点进行N掺杂。N掺杂可能会带来多重利好：(1)量子效率的提高；(2)与金属离子络合，作为特定金属离子探针。
步骤二，将反应釜放置于烘箱中加热，并于加热后取出反应釜待冷却至室温；
步骤三，将反应釜中的产物进行离心收集上清液，再用油性滤头进行过滤收集滤液；
步骤四，冷冻干燥，溶于去离子水中，即可。
进一步，所述放置于烤箱中加热包括：加热温度为120-180℃，反应8-10小时。反应温度高于120℃可保证原料可在反应釜中通过活性基团进行反应，8-10小时的反应时间可保证反应充分进行，而又不至于时间过长而导致碳化等不利因素。
进一步，所述离心包括：10000rpm，10min。可使碳点溶液和不溶杂质充分分离。
进一步，所述油性滤头为25微米。
本发明的另一目的在于提供一种Cu2+检测方法，其特征在于，所述Cu2+检测方法使用所述碳量子点。
本发明的另一目的在于提供一种生物标记的方法，所述生物标记的方法使用所述碳量子点。
本发明的另一目的在于提供一种生物成像的方法，所述生物成像的方法使用所述碳量子点。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明公开了一种绿色环保的方法制备荧光碳量子点。原料为柠檬酸、维生素C和氨基酸，通过溶剂热法制备得到。柠檬酸、维生素C和氨基酸均可从自然界中获得，成本低、绿色无污染；溶解为乙醇；反应过程无需催化剂。将柠檬酸、维生素C和氨基酸按特定质量比分散于乙醇中，充分分散后，在120-180℃温度下进行溶剂热反应8-10小时。得到的粗产品经过分离提纯后获得碳量子点，在400-500nm光激发时，发射波长位于500-600nm；荧光量子可用于Cu2+的检测。
本发明公开的制备方法所需原材料均可从自然界中获得、价低易得，制备方法简易可行，适合扩大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的荧光碳量子点的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的CQD(见表1，原料只有柠檬酸和维生素C)碳量子点荧光光谱示意图。
图3是本发明实施例提供的N-CQD-1碳量子点荧光光谱示意图。
图4是本发明实施例提供的N-CQD-2碳量子点荧光光谱示意图。
图5是本发明实施例提供的N-CQD-3碳量子点荧光光谱示意图。
图6是本发明实施例提供的N-CQD-4碳量子点荧光光谱示意图。
图7是本发明实施例提供的N-CQD-1透射电镜图。
图8是本发明实施例提供的N-CQD-1全谱示意图。
图9是本发明实施例提供的N-CQD-1的C谱分峰示意图。
图10是本发明实施例提供的N-CQD-1的N谱分峰示意图。
图11是本发明实施例提供的N-CQD-1的O谱分峰示意图。
图12是本发明实施例提供的荧光量子效率图(低的曲线是CQD，高的是N-CQD-1)。
图13是本发明实施例提供的N-CQD-1红外光谱示意图。
图14是本发明实施例提供的对金属离子的检测示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种荧光碳量子点的制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的荧光碳量子点的制备方法包括以下步骤：
S101，将无水柠檬酸、维生素C和氨基酸加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，添加20ml乙醇超声震荡加速溶解；
S102，将反应釜放置于烘箱中加热至120-180℃，反应8-10小时，并于加热后取出反应釜待冷却至室温；
S103，将反应釜中的产物在10000rpm下离心10min收集上清液，再用25微米油性滤头进行过滤收集滤液；
S104，冷冻干燥，溶于去离子水中，即可。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：将无水柠檬酸、维生素C和氨基酸加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，添加20ml乙醇超声震荡加速溶解，然后放在烘箱中加热至180℃，反应8小时。反应完毕取出反应釜待冷却至室温，将反应釜中的产物进行离心(10000rpm,10min)收集上清液，再用25微米的油性滤头进行过滤收集滤液。之后冷冻干燥，溶于去离子水中，供下一步使用。
表1
Figure BDA0002989980410000051
通过透射电镜分析，观察到N-CQD-1的平均粒径为15nm-30nm的球形颗粒，这表明溶剂热法成功制备出了碳量子点纳米颗粒。
表2元素含量分析及碳量子点荧光量子产率(QY)
CQD N-CQD-1
C含量 69.38％ 69.85％
N含量 0 6.43％
O含量 30.62％ 23.73％
荧光量子产率 3.84％ 45.88％
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种Cu2+检测方法，其特征在于，所述Cu2+检测方法使用荧光碳量子点对Cu2+进行检测；所述荧光碳量子点的制备方法以柠檬酸、维生素C和氨基酸为原料，通过将柠檬酸、维生素C和氨基酸按特定质量比分散于溶剂中，充分分散后，进行溶剂热反应得到粗产品，再经过分离提纯后得到碳量子点；所述溶剂为乙醇；所述氨基酸为组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸。
2.如权利要求1所述的Cu2+检测方法，其特征在于，所述荧光碳量子点的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将无水柠檬酸、维生素C和氨基酸加入到50mL聚四氟乙烯反应釜中，添加20ml乙醇超声震荡加速溶解；
步骤二，将反应釜放置于烘箱中加热，并于加热后取出反应釜待冷却至室温；
步骤三，将反应釜中的产物进行离心收集上清液，再用油性滤头进行过滤收集滤液；
步骤四，冷冻干燥，溶于去离子水中，即可；
所述放置于烤箱中加热包括：加热温度为120-180℃，反应8-10小时。
3.如权利要求2所述的Cu2+检测方法，其特征在于，所述离心包括：10000rpm，10 min。
4.如权利要求2所述的Cu2+检测方法，其特征在于，所述油性滤头的规格为25微米。
CN202110312734.3A 2021-03-24 2021-03-24 一种荧光碳量子点、制备方法及应用 Active CN113122248B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110312734.3A CN113122248B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种荧光碳量子点、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110312734.3A CN113122248B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种荧光碳量子点、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113122248A CN113122248A (zh) 2021-07-16
CN113122248B true CN113122248B (zh) 2022-10-28

Family

ID=76773886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110312734.3A Active CN113122248B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种荧光碳量子点、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113122248B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103466600B (zh) * 2013-09-26 2015-04-22 沈阳大学 一种环保低毒性荧光碳纳米粒子溶液的制备方法
CN104591124B (zh) * 2014-12-10 2017-10-17 西南交通大学 以维生素为碳源的荧光碳量子点制备方法
CN106381143B (zh) * 2016-08-30 2020-09-15 上海交通大学 批量绿色合成氮、磷掺杂荧光碳点的方法
CN108455564B (zh) * 2018-02-05 2020-04-10 中南民族大学 一种制备黄色或绿色碳点的方法
CN108728086A (zh) * 2018-06-01 2018-11-02 陕西科技大学 一种简单合成绿色荧光碳量子点的方法
CN109437154B (zh) * 2018-10-25 2020-12-11 河南理工大学 一种以煤为原料制备能带可控碳量子点的方法
CN110877904B (zh) * 2019-11-14 2021-03-19 清华大学深圳国际研究生院 一种高量子产率的碳量子点的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113122248A (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103832993A (zh) 一种由碳水化合物制备发光碳点的方法
CN112007632B (zh) 一种花状SnO2/g-C3N4异质结光催化剂的制备方法
CN104059644A (zh) 简单快速的氮掺杂碳量子点制备方法
CN103408055A (zh) 一种球形Cu2O多孔吸附材料的常温制备方法
CN110157423B (zh) 一种基于秸秆制备碳量子点的方法及应用
CN109385275B (zh) 一种利用有机质厌氧发酵中间产物作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法
CN109317176A (zh) 一种Fe(Ⅲ)修饰的氮化碳纳米片及其在光催化固氮中的应用
CN110615437A (zh) 一种褐煤综合利用的方法
CN110745784A (zh) 一种金属氧化物纳米颗粒及其制备方法和应用
CN113122248B (zh) 一种荧光碳量子点、制备方法及应用
CN107572505A (zh) 一种银掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN105664955A (zh) 一种铜锌金属共掺杂的碳量子点的制备方法
CN111943166B (zh) 一种无溶剂水热法碳材料的制备
CN113578370A (zh) 一种碳材料负载的管状氮化碳光催化剂的制备方法
CN108101018A (zh) 一种以三七为原料合成氮掺杂碳量子点的方法
CN103316711A (zh) 一种类石墨烯氮化碳光催化材料的制备方法
CN113247940A (zh) 一种固相烧结制备细小尺寸氧化钕纳米粒子的方法
CN110316718B (zh) 一种双发射红色荧光碳量子点及其制备方法
CN110817843B (zh) 一种低共熔溶剂、其应用和碳量子点及其制备方法
CN116715223A (zh) 一种碳量子点及其制备方法和应用
CN115282948B (zh) 一种离子液体介导低聚壳聚糖衍生IL-Cu/Al@NC微球的制备方法及应用
CN109370576A (zh) 一种制备碳量子点的化学方法
CN112607727B (zh) 一种高氮含量掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN109574065A (zh) 一种类叶片状的Zn0.2Cd0.8S材料的制备方法
CN109728310A (zh) Ag/ZnO催化剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant