一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)及納米材料科學(xué)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳量子點是熒光碳納米材料中最重要的一種，也稱為碳點、碳納米點和碳納米晶，是尺寸大小在1nm以下的、單分散的、幾何形狀近乎準(zhǔn)球型的一種新興的碳納米功能材料。相對于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點和有機(jī)染料，熒光碳量子點粒徑小，水溶性好，化學(xué)惰性高，易于功能化，耐光漂白，低毒性，并且具有良好的生物相容性，同時傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點和有機(jī)染料的制備方法繁瑣，價格昂貴，環(huán)境不友好，易發(fā)生光漂白等問題。
[0003]熒光碳量子點的諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，集結(jié)了眾多研宄者對其制備方法、性能優(yōu)化、應(yīng)用拓展方面研宄的興趣和探索的步伐。近年來眾多研宄者利用不同的方法，不同的原料制備了結(jié)構(gòu)、組成相似或有差異的一系列的碳量子點，并且有的研宄者對其進(jìn)行修飾例如:結(jié)合金屬粒子、金屬化合物、有機(jī)聚合物、元素沉積和包覆等，豐富了碳量子點在生物科學(xué)、化學(xué)科學(xué)和物理科學(xué)方向的新應(yīng)用。
[0004]碳量子點的制備方法目前主要有兩種:自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即從較大的碳結(jié)構(gòu)剝落制備碳納米顆粒的物理方法，再通過聚合物表面鈍化的方式使其有效發(fā)光，主要包括電弧放電、激光剝蝕、電化學(xué)氧化、電子書輻射等。該方法往往需要嚴(yán)格的實驗條件和特殊的能源，成本高，而且獲得的碳量子產(chǎn)率比較低。自下而上的合成方法，即通過熱解或碳化合適的前驅(qū)物直接合成熒光碳量子點，方法包括:燃燒法、熱液碳化法、超聲法等，但這類方法所采用的往往都是不可再生能源且需要嚴(yán)格的后期處理，所以也不利于持續(xù)并規(guī)模生產(chǎn)熒光碳量子點。因此，尋找廉價易得、天然無毒的原料，利用簡易有效的方法快速制備光學(xué)異性優(yōu)異且高量子產(chǎn)率的碳量子點顯得尤其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明還有一個目的是提供一種焚光碳點的合成方法，利用一水梓檬酸和乙二胺為原料，獲得高產(chǎn)率的熒光碳點。
[0007]本發(fā)明還有一個目的是利用微波反應(yīng)器完成熒光碳點的合成，相較于傳統(tǒng)合成方法，大大縮短了合成時間。
[0008]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，包括以下步驟:
[0009]I)將一水檸檬酸和乙二胺混合并攪拌均勻，得混合溶液；
[0010]2)將步驟I)的混合溶液置于型號為CEM Discover的微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度設(shè)定為130°C ;
[0011]3)冷卻，得褐色液體產(chǎn)物，將所述褐色液體產(chǎn)物注入透析袋中透析，所述透析袋的分子量為500Da，收集透析袋中液體，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，對濃縮后的樣品冷凍干燥即得熒光碳點。
[0012]優(yōu)選的是，其中，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的條件為:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的溫度設(shè)定為50°C，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間為lOmin。
[0013]優(yōu)選的是，其中，所述步驟3)中將微波反應(yīng)后的溶液冷卻至50°C。
[0014]優(yōu)選的是，其中，所述步驟I)中一水檸檬酸的用量為0.42g，乙二胺的用量為400 μ L，將兩者溶于5mL的超純水中，得所述混合溶液。
[0015]優(yōu)選的是，其中，步驟2)中，微波反應(yīng)器設(shè)定的時間為15分鐘，微波反應(yīng)器的功率為 80wo
[0016]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0017]1、本發(fā)明提供方法操作簡單，不需要進(jìn)行后期的強(qiáng)酸或表面鈍化處理，僅通過微波處理，在130°C下就可合成熒光碳點。
[0018]2、在用微波反應(yīng)器處理時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用一水檸檬酸和乙二胺作為原料時，熒光碳點的產(chǎn)率最高-可達(dá)到80%左右。
[0019]在用微波反應(yīng)器處理時，反應(yīng)僅需15分鐘，便能得到高效率的碳量子點。
[0020]3、本發(fā)明得到的熒光碳點和傳統(tǒng)方法得到的熒光碳點相比，本發(fā)明的熒光碳點的熒光行為在生物成像和生物標(biāo)記中效果更佳。
[0021]總之，本發(fā)明操作簡單，原料易得且價格便宜。反應(yīng)條件，例如，溫度和時間均可以調(diào)控，所得碳量子點量子產(chǎn)率高，解決了現(xiàn)有熒光碳點的制備方法因工藝和原料限制無法快速規(guī)?；a(chǎn)，解決了碳量子點熒光產(chǎn)率較低的問題，本發(fā)明的熒光碳點可用于金屬離子檢測、生物標(biāo)記、生物影像等。
[0022]本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研宄和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述的熒光碳點的紫外吸收光譜、熒光發(fā)射光譜以及熒光激發(fā)光譜圖；
[0024]圖2為本發(fā)明所述的熒光碳點的熒光發(fā)射曲線隨激發(fā)波長變化的光譜圖；
[0025]圖3為本發(fā)明所述的碳點熒光量子產(chǎn)率圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0027]實施例1
[0028]一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，包括以下步驟:
[0029]I)將一水檸檬酸和乙二胺混合并攪拌均勻，得混合溶液；
[0030]2)將步驟I)的混合溶液置于型號為CEM Discover的微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度設(shè)定為130°C ;
[0031]3)冷卻，得褐色液體產(chǎn)物，將所述褐色液體產(chǎn)物注入透析袋中透析，所述透析袋的分子量為500Da，收集透析袋中液體，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，對濃縮后的樣品冷凍干燥即得熒光碳點。
[0032]其中，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的條件為:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的溫度設(shè)定為50°C，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間為lOmin。
[0033]其中，所述步驟3)中將微波反應(yīng)后的溶液冷卻至50°C。
[0034]其中，所述步驟I)中一水檸檬酸的用量為0.42g，乙二胺的用量為400 yL，將兩者溶于5mL的超純水中，得所述混合溶液。
[0035]其中，步驟2)中，微波反應(yīng)器設(shè)定的時間為15分鐘，微波反應(yīng)器的功率為80w。
[0036]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點，利用實施例1中所得的熒光碳點進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
[0037]圖1為本發(fā)明實施例1所述的熒光碳點的紫外吸收光譜、熒光發(fā)射光譜以及熒光激發(fā)光譜圖，從圖1可以看到該熒光碳點的紫外特征吸收峰在280-400nm，該熒光碳點在340nm處吸光度最強(qiáng)，在熒光激發(fā)光譜中，該熒光碳點的最大激發(fā)波長為342nm，與該碳點的紫外吸光度最強(qiáng)處相應(yīng)，在熒光發(fā)射光譜中，該熒光碳點的最大發(fā)射波長為442nm。
[0038]為了確定該碳點的最佳激發(fā)波長，設(shè)置350nm-420nm范圍的激發(fā)波長對熒光碳點進(jìn)行試驗，從圖2可知，在350nm-420nm的激發(fā)波長中，隨著激發(fā)波長的增加，該熒光碳點的熒光強(qiáng)度逐漸下降，但其發(fā)射峰位置并不移動，這種不受激發(fā)光影響的熒光行為在生物成像和生物標(biāo)記中較現(xiàn)有的熒光碳點具有很大優(yōu)勢。
[0039]根據(jù)圖3中氮摻雜量子點構(gòu)成直線的斜率和硫酸奎寧點構(gòu)成直線的斜率的比值乘以硫酸奎寧的量子產(chǎn)率(硫酸奎寧為標(biāo)準(zhǔn)量，其量子產(chǎn)率為54% )可以計算得出本發(fā)明的量子產(chǎn)率為80.6%。
[0040]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1.一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將一水檸檬酸和乙二胺混合并攪拌均勻，得混合溶液； 2)將步驟I)的混合溶液置于型號為CEMDiscover的微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度設(shè)定為130。。； 3)冷卻，得褐色液體產(chǎn)物，將所述褐色液體產(chǎn)物注入透析袋中透析，所述透析袋的分子量為500Da，收集透析袋中液體，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，對濃縮后的樣品冷凍干燥即得熒光碳點。
2.如權(quán)利要求1所述的快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的條件為:旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的溫度設(shè)定為50°C，設(shè)定旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時間為lOmin。
3.如權(quán)利要求2所述的快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，其特征在于，所述步驟3)中將微波反應(yīng)后的溶液冷卻至50°C。
4.如權(quán)利要求3所述的快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，其特征在于，所述步驟I)中一水檸檬酸的用量為0.42g，乙二胺的用量為400 μ L，將兩者溶于5mL的超純水中，得所述混合溶液。
5.如權(quán)利要求4所述的快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，其特征在于，步驟2)中，微波反應(yīng)器設(shè)定的時間為15分鐘，微波反應(yīng)器的功率為80w。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速、高量子產(chǎn)率熒光碳點的合成方法，包括以下步驟：1)將一水檸檬酸和乙二胺混合并攪拌均勻，得混合溶液；2)將步驟1)的混合溶液置于微波反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度設(shè)定為130℃；3)冷卻，得褐色液體產(chǎn)物，將褐色液體產(chǎn)物注入透析袋中透析，透析袋的分子量為500Da，收集透析袋中液體，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，對濃縮后的樣品冷凍干燥即得熒光碳點。本發(fā)明操作簡單，原料易得且價格便宜。反應(yīng)條件可以調(diào)控，所得碳量子點量子產(chǎn)率高，解決了現(xiàn)有熒光碳點的制備方法因工藝和原料限制無法快速規(guī)?；a(chǎn)，解決了碳量子點熒光產(chǎn)率較低的問題，本發(fā)明的熒光碳點可用于金屬離子檢測、生物標(biāo)記、生物影像等。
【IPC分類】B82Y20-00, C09K11-65, B82Y40-00
【公開號】CN104845619
【申請?zhí)枴緾N201510270395
【發(fā)明人】黃珊, 肖琦, 朱發(fā)偉, 黃初升, 盛家榮
【申請人】廣西師范學(xué)院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月25日