CN113403067A - 一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其检测重铬酸根离子的应用 - Google Patents

一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其检测重铬酸根离子的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其检测重铬酸根离子的应用，属于荧光传感技术领域。以柠檬酸三钠和6‑巯基嘌呤为原料，N,N‑二甲基甲酰胺和水为溶剂，通过一步溶剂热法制备了氮硫掺杂的荧光碳纳米片。本发明制备荧光碳纳米片的方法具有操作简单，成本低，易于大规模生产的优点，且制备的荧光碳纳米片具有高的荧光性质，良好的光稳定性、发射光谱可调和表面易功能化等优点。当溶液中存在Cr2O7 2‑时，可以与碳纳米片生成新的物质，导致荧光发生静态猝灭，基于此建立了一种快速、灵敏检测Cr2O7 2‑的方法。

Description

一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其检测重铬酸根 离子的应用
技术领域
本发明属于荧光传感技术领域，具体涉及一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其检测重铬酸根离子的应用。
背景技术
重铬酸根离子(Cr2O7 2-)在电镀、冶金、颜料生产、皮革鞣制和木材防腐等工业生产过程中被广泛应用，而六价铬(Cr(VI))是对环境具有严重危害的重金属污染物之一，它具有致癌性，它的强氧化性可以损伤DNA并且干扰DNA的修复，同时它还能破坏肝细胞的骨架，甚至导致肝细胞死亡，长期接触高浓度的Cr(VI)会导致患呼吸癌的概率大大提高，并且它可以通过水、空气和食物等途径进入人体而对健康造成危害。因此，Cr(VI)对人类健康存在严重的潜在威胁，急需建立高效准确检测Cr2O7 2-的方法。
近年来，荧光碳纳米片作为一种新兴的纳米材料由于具有水溶性好、低毒性、良好的光稳定性和生物相容性等优点而引起了研究者的广泛关注，并且被用于生物传感、细胞成像和催化等领域。目前报道的关于荧光碳纳米片的制备方法很多，如激光剥离石墨烯、电化学氧化法、电弧放电法和化学氧化法等，这些方法大部分合成过程繁琐、原料昂贵，而且不经济环保，在很大程度上限制了荧光碳纳米片的大规模生产。
发明内容
本发明在于提供了一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法及其Cr2O7 2-的检测应用，它具有选择性好和检测灵敏的优点，本发明具体是通过如下技术方案实现的：
一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，包括以下步骤：
1)取柠檬酸三钠与6-巯基嘌呤混合，依次加入N,N-二甲基甲酰胺和水，将混合物超声5min得到无色透明溶液；
2)将步骤1)所得无色透明溶液转移至高压反应釜，150-200℃下加热反应0.5-5小时得到黄色溶液；
3)将步骤2)所得黄色溶液离心后透析即得纯净的氮硫掺杂的荧光碳纳米片。
进一步地，步骤1)所述柠檬酸三钠与6-巯基嘌呤按质量份数取：柠檬酸三钠0-10份，6-巯基嘌呤1.22-14.6份；优选地，柠檬酸三钠2.5份，6-巯基嘌呤13.6份。
进一步地，步骤1)所述6-巯基嘌呤与N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(0.0813-0.9733)：1，mg/mL。
进一步地，步骤2)所述高压反应釜反应条件为200℃下加热4小时。
进一步地，步骤3)所述离心转速为12000r/min，离心时间15min。
进一步地，步骤3)所述透析为500Da透析袋透析2h。
一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片应用于对Cr2O7 2-进行检测，所述检测方法为：
将荧光碳纳米片加入水中，然后加入不同浓度的Cr2O7 2-溶液，混合均匀，在室温下孵育3min后，测量激发波长为380nm的溶液。
进一步地，所述荧光碳纳米片、水和不同浓度的Cr2O7 2-溶液体积比为20：179：1。
进一步地，所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片对Cr2O7 2-的检出限为0.2μmol/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以柠檬酸三钠和6-巯基嘌呤为前驱体，以N,N-二甲基甲酰胺和水为溶剂，通过一步溶剂热法制备了氮硫掺杂的荧光纳米片，制备的方法简单、成本低、易大规模合成。且制备的荧光碳纳米片具有高荧光性质、良好的光稳定性、光谱可调和表面易功能化等优点。制备的荧光碳纳米片和Cr2O7 2-可以发生氧化还原作用，从而使碳纳米片的荧光发生静态猝灭，基于此快速、选择灵敏的检测Cr2O7 2-。
附图说明
图1是荧光碳纳米片的三维荧光光谱。
图2是荧光碳纳米片的X射线光电子能谱(XPS)。
图3是荧光碳纳米片随着不同浓度的Cr2O7 2-的荧光发射图谱。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行更加清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法：
(1)对柠檬酸三钠、6-巯基嘌呤的用量、加热温度和时间进行优化。结果表明，随着柠檬酸三钠的用量的增加，碳纳米片的荧光强度逐渐增加然后逐渐平衡，最佳用量为2.5质量份数；随着6-巯基嘌呤的用量的增加，碳纳米片的荧光强度逐渐增强然后逐渐平衡，最佳用量为13.6质量份数；随着反应温度的增加，荧光逐渐增强，最佳温度为200℃；随着反应时间的增加，荧光逐渐增强然后逐渐平衡，最佳时间为4h。
(2)在最佳条件下制备氮硫掺杂的荧光碳纳米片：准确称取2.5mg柠檬酸三钠和13.6mg 6-巯基嘌呤于烧杯中，然后依次加入15mL N,N-二甲基甲酰胺和5mL水，将此混合物超声5min得到无色透明溶液，然后转移至高压反应釜内，200℃下加热4h，得到黄色溶液，离心15min(转速12000r/min)，然后透析2h(透析袋500Da)，得到氮硫掺杂的荧光碳纳米片。
图1为氮硫掺杂的荧光碳纳米片的三维荧光图谱，最优激发波长为380nm,发射波长为520nm，说明得到的碳纳米片发绿色的荧光。图2为荧光碳纳米片的XPS图，从图中可知制备的碳纳米片含有氮、硫、氧和碳元素。
实施例2
(1)将200μL荧光碳纳米片加入到1790μL的水，然后加入10μL不同浓度的Cr2O7 2-，混合均匀，在室温下孵育3min后，测量激发波长为380nm时溶液；随着Cr2O7 2-浓度的增加，碳纳米片的荧光逐渐减弱，Cr2O7 2-浓度与F/F0(F和F0分别为有无Cr2O7 2-的碳纳米片的荧光)在0.5-25μmol/L范围内呈良好的线性，检出限为0.2μmol/L，可用于对Cr2O7 2-的灵敏检测。图3是荧光碳纳米片随着不同浓度的Cr2O7 2-的荧光发射图谱。
(2)荧光碳纳米对Cr2O7 2-选择性方面，其它阴离子(F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、CO3 2-、HCO3 -、SO3 2-、S2-、SO4 2-、ClO3 -、BrO3 -、IO3 -、H2PO4 -、HPO4 2-、PO4 3-、NO2 -、和CH3COO-等)均对Cr2O7 2-的检测不造成干扰，证明荧光碳纳米对Cr2O7 2-的检测具有良好的选择性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取柠檬酸三钠与6-巯基嘌呤混合，依次加入N,N-二甲基甲酰胺和水，将混合物超声5min得到无色透明溶液；
2)将步骤1)所得无色透明溶液转移至高压反应釜，150-200℃下加热反应0.5-5小时得到黄色溶液；
3)将步骤2)所得黄色溶液离心后透析即得纯净的氮硫掺杂的荧光碳纳米片。
2.根据权利要求1所述一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤1)所述柠檬酸三钠与6-巯基嘌呤按质量份数取：柠檬酸三钠0-10份，6-巯基嘌呤1.22-14.6份；优选地，柠檬酸三钠2.5份，6-巯基嘌呤13.6份。
3.根据权利要求1所述一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤1)所述6-巯基嘌呤与N,N-二甲基甲酰胺的质量体积比为(0.0813-0.9733)：1，mg/mL。
4.根据权利要求1所述一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤2)所述高压反应釜反应条件为200℃下加热4小时。
5.根据权利要求1所述一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤3)所述离心转速为12000r/min，离心时间15min。
6.根据权利要求1所述一种氮硫掺杂的荧光碳纳米片的制备方法，其特征在于，步骤3)所述透析为500Da透析袋透析2h。
7.权利要求1-6任一项所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片应用于对Cr2O7 2-进行检测。
8.根据权利要求7所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片应用于对Cr2O7 2-进行检测，其特征在于，所述检测方法为：
将荧光碳纳米片加入水中，然后加入不同浓度的Cr2O7 2-溶液，混合均匀，在室温下孵育3min后，测量激发波长为380nm的溶液。
9.根据权利要求7所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片应用于对Cr2O7 2-进行检测，其特征在于，所述荧光碳纳米片、水和不同浓度的Cr2O7 2-溶液体积比为20：179：1。
10.根据权利要求7所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片应用于对Cr2O7 2-进行检测，其特征在于，所述氮硫掺杂的荧光碳纳米片对Cr2O7 2-的检出限为0.2μmol/L。
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