一种荧光碳点及其制备方法和应用与流程

本发明涉及碳纳米材料
技术领域：
，具体涉及一种具有较高荧光量子产率的荧光碳点。
背景技术：
：碳点(carbondots,CDs)是近几年来出现的一种直径小于10nm的新型碳纳米粒子。荧光性能是碳点最为突出的性能。碳点具有激发波长与发射波长可调谐，荧光性能稳定，耐光漂白且无光闪烁现象等优异的荧光性能。此外，荧光碳点具有生物相容性好，毒性低，激发光谱较宽且连续，是一种非常好的荧光标记与成像材料，并已成功的应用在细胞与活体成像中。虽然有关荧光碳点的制备方法和应用研究已有很多的文献报道，但现有制备方法还存在制备过程复杂，量子产率低等问题，因此，寻找简单，方便，快速的制备发光性能优异的碳点的方法是非常必要的。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种制备方法简单，量子产率高的荧光碳点。本发明目的是通过以下技术方案实现的：一种荧光碳点，包括如下步骤：室温下，将苹果酸和钝化剂放入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，于170-220℃下，加热2-6小时，自然冷却至室温，加入超纯水，离心，对上清液进行透析，得荧光碳点。优选的，上述的荧光碳点，所述的钝化剂为氨基酸。更优选的，所述的氨基酸为色氨酸、谷氨酸或甘氨酸。优选的，上述的荧光碳点，按重量比，苹果酸:钝化剂＝1:0.1-1。上述的荧光碳点在光催化降解有机污染物和生物成像中的应用。上述的荧光碳点在光催化降解有机污染物中的应用，方法如下：于含有有机污染物的溶液中，加入上述的荧光碳点，于黑暗环境下搅拌吸附，使其达到吸附、脱附平衡，随后加入H2O2，于250W高汞灯下照射。上述的荧光碳点在生物成像中的应用，方法如下：将上述的荧光碳点与细胞共培养，用荧光显微镜观察细胞成像效果。本发明的有益效果是：本发明，采用一步高温固相反应法即可得到碳点溶液，在365nm紫外光照射下，所合成的碳点呈现出优异的荧光性能。制备的碳点溶液在365nm紫外光照射下发出明亮的蓝色荧光。本发明合成方法简单有效，原料易得，反应条件温和可控，在一般的实验室均能完成。采用本发明方法制备的碳点荧光量子产率可达15％以上。附图说明图1是实施例1制备的荧光碳点的透射电镜图。图2是实施例1制备的荧光碳点的X射线衍射图。图3是实施例1制备的荧光碳点的红外光谱。图4是实施例1制备的荧光碳点溶液的紫外-可见吸收光谱。图5是实施例1制备的荧光碳点溶液的荧光激发和发射光谱。图6是不同波长光激发下的实施例1制备的荧光碳点溶液荧光发射光谱(激发波长由348nm至418nm，步长为10nm)。图7是实施例1制备的荧光碳点溶液的光催化降解图。图8是荧光显微镜观察细胞对碳点的摄取情况。具体实施方法下面结合具体实施例，对本发明作进一步详述。实施例1(一)制备方法室温下，将0.50克的DL-苹果酸和0.50克的甘氨酸放在内衬聚四氟乙烯的反应釜中，180℃恒温加热6小时后，自然冷却至室温，然后加入10ml超纯水，在10000rmp下离心10min后，对上清液进行透析，即得到深棕色的碳点溶液，记为荧光碳点-1。在365nm紫外灯照射下，该碳点溶液发射明亮的蓝色荧光。本实施例制备的荧光碳点溶液用硫酸奎宁做标准物，测得荧光量子产率为20.5％。(二)结果1.图1为本实施例制备的碳点的透射电镜照片。由照片可以发现，制备的碳点的形貌均一，粒径约为5nm，分散性良好，在生物分析、催化领域具有良好的应用前景。2.图2为本实施例制备的碳点的X射线衍射图。在图中可以观察到，在2θ＝27°左右有一个典型的宽的尖峰，这与石墨的结构有关，进一步证实了他们结晶性质。3.图3为本实施例制备的碳点的红外光谱图。由图可见，～3366cm-1为-OH的伸缩振动吸收，～1659cm-1为C＝O的特征吸收峰，～1400cm-1是C-H的弯曲振动。4.图4为本实施例制备的碳点溶液用超纯水稀释后的紫外-可见吸收光谱。该图显示，碳点溶液在368nm左右处有一个明显的特征吸收峰。5.图5为本实施例制备的碳点溶液的荧光激发和发射光谱图。由图可见，碳点溶液的最佳激发波长为368nm，最佳的发射波长为452nm。在该实施例中，进行荧光光谱分析时，激发波长均采用368nm。由图5中可以发现所制备的碳点的Stokesshift为84nm，较大的Stokesshift更有利于利用其荧光性能进行分析与检测。6.图6为本实施例的制备的碳点溶液用超纯水稀释后再用不同波长光激发下的荧光发射光谱。由图可见，碳点溶液具有荧光激发波长依赖性。随着激发波长的增大，碳点的荧光发射峰强度先增大后下降，峰位出现红移。(三)对比试验室温下，将0.50克的DL-苹果酸放在内衬聚四氟乙烯的反应釜中，180℃恒温加热6小时后，自然冷却至室温，然后加入10ml超纯水，在10000rmp下离心10min后，对上清液进行透析，得到荧光碳点，记为荧光碳点-2。将所制备的荧光碳点溶液用硫酸奎宁做标准物，测得其荧光量子产率见表1。表1荧光碳点-1荧光碳点-2量子产率20.5％<2.3％由表1可见，加入甘氨酸导致碳点的表面结构和官能团发生了变化，使碳点的光致发光性能显著增强。所以在本实验中加入甘氨酸作为钝化剂。实施例2室温下，将0.50克的DL-苹果酸和0.1克的L-色氨酸放入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，170℃恒温处理2小时后，自然冷却至室温，然后加入10ml超纯水，在10000rmp下离心10min后，对上清液进行透析，即得到纯化的碳点溶液。本实施例制备的荧光碳点溶液用硫酸奎宁做标准物，测得荧光量子产率为17.4％。实施例3室温下，将0.5克的DL-苹果酸和0.20克的L-谷氨酸放入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，210℃恒温加热5小时后，自然冷却至室温，然后加入10ml超纯水，在10000rmp下离心10min后，对上清液进行透析，即得到纯化的碳点溶液。本实施例制备的荧光碳点溶液用硫酸奎宁做标准物，测得荧光量子产率为15.2％。实施例4荧光碳点在光催化降解有机污染物中的应用方法：量取50ml亚甲基蓝溶液(浓度为10mg/L)于烧杯中，加入实施例1制备的荧光碳点-1溶液2ml，于黑暗环境下搅拌吸附1h，使其达到吸附、脱附平衡，随后加入0.1mlH2O2(30％)，接着用250W高汞灯照射，每隔20分钟取样，通过分光光度计在波长664nm处测定亚甲基蓝溶液的吸光度，通过以下方程式计算亚甲基蓝的脱色率，结果如图1。其中，A0:亚甲基蓝溶液初始吸光度A:反应后亚甲基蓝溶液吸光度由图7可见，碳点具有一定的光催化性能，可用于光催化降解污水中染料等有机物。实施例5荧光碳点在生物成像中的应用方法：将浓度为200μg/L的实施例1制备的荧光碳点-1溶液与胃癌细胞BGC-823在37℃下共培养，分别在6h和24h时，用荧光显微镜观察细胞对碳点的摄取情况，结果如图8所示。由图8可见，随着时间增加，细胞对CDs摄取效果越好，显示出良好的细胞成像效果。当前第1页1 2 3