一种表面氨基化蓝色发光碳点的绿色合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能化荧光碳点的合成技术领域，具体涉及一种表面氨基化蓝色发光 碳点的绿色合成方法。
【背景技术】
[0002] 荧光碳点，作为碳纳米材料的新成员，由于其优异的光学性能、固有的化学惰性、 抗光漂白性、低毒性、良好的生物相容性和易于实现表面功能化等特性，受到了广泛关注。 碳点的诸多优势使其在荧光传感、生物成像、光催化、光电设备及药物载体等多个领域具有 广阔的应用前景。近年来，合成碳点的方法已报道了很多种，例如电弧放电法、激光消融法、 电化学氧化法、超声法、微波法和水热法等;其中，许多合成方法前处理复杂，设备及材料昂 贵，副产物污染严重;而水热法操作简单、条件温和可控被认为是制备高荧光碳点的最佳方 法。另外，不同的碳源所得到的荧光碳点会具有不同的发光特性。目前，一些天然原材料和 化学品已成功应用于荧光碳点的合成，如蚕丝、橙汁、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、葡萄糖 和柠檬酸等。然而，无修饰的碳点通常无荧光或荧光很弱，量子产率很低，限制了其工业化 生产和在各领域的广泛应用。因此，有必要寻找一种绿色的、灵巧的、以廉价原材料为碳源 合成高荧光量子产率荧光碳点的方法。
[0003] 通过钝化或表面功能化，例如掺杂硼、氮、硫、磷或硅等杂原子可调整碳点的内在 属性，包括光学和电子特性及表面和局部的化学特征，进而提高其荧光强度并改善量子产 率。其中，氮原子与碳原子大小类似，有五个价电子能与碳原子成键，考虑到显著的量子限 制和边缘效应，掺杂氮原子的碳点可有效地改变其电子特性并提供更多活跃位点，从而产 生新的现象和意想不到的性质，因此，氮原子被广泛用于荧光碳点的化工掺杂。碳点表面的 氨基化修饰，扩大了荧光碳点在各个领域中的应用，具有重大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是提供了一种表面氨基化蓝色发光碳点的绿色合成方法， 该方法以廉价的原料为碳源，以水为溶剂，合成了具有高量子产率的碳点，其中氮原子的掺 杂可以有效地改变碳点的电子特性并提供更多的活跃位点，从而产生新的现象和意想不到 的性能。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种表面氨基化蓝色发光碳点的 绿色合成方法，其特征在于具体步骤为:将碳源马来酸、富马酸、丙烯酸、桂皮酸或丁二酸溶 于蒸馏水中并加入钝化剂二乙撑三胺，超声至固体完全溶解，将上述溶液转移至水热反应 釜中于150-210 °C加热6-27 h，反应结束后自然冷却，最后用孔径为0.1 μπι的滤膜抽滤制 得表面氨基化蓝色发光碳点溶液。
[0006] 进一步优选，所述的表面氨基化蓝色发光碳点的绿色合成方法的具体步骤为:将 碳源马来酸溶于蒸馏水中并加入钝化剂二乙撑三胺，超声至固体完全溶解，其中马来酸与 二乙撑三胺的质量比为5:2.9,然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200 °C加热18 h，反 应结束后自然冷却得到深棕色溶液，最后用孔径为Ο . 1 Ml的滤膜抽滤制得表面氨基化蓝色 发光碳点溶液。
[0007] 本发明原料廉价易得，合成线路简单，合成条件温和可控，无需前处理和多步纯化 等操作，无副产物;所制备的蓝色发光碳点不需要纯化分离，荧光量子产率较高，在最优条 件下可达到26.44%，且其表面的氨基化修饰，扩大了荧光碳点在各个领域中的应用。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明实施例1制得的表面氨基化蓝色发光碳点的透射电镜图； 图2是本发明实施例1制得的表面氨基化蓝色发光碳点的傅里叶变换红外光谱。
【具体实施方式】
[0009] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0010] 实施例1 本发明所述的以马来酸为碳源，二乙撑三胺为钝化剂合成表面氨基化蓝色发光碳点方 法中的反应方程式如下：
取0.5 g马来酸溶于10 mL蒸馏水，加入0.3 mL(0.29 g)二乙撑三胺钝化剂，超声至固 体完全溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200 °C加热18 h，反应结束后自然冷 却得到深棕色溶液，用孔径为0.1 μπι的滤膜抽滤得到表面氨基化蓝色发光碳点溶液。将所 得的表面氨基化蓝色发光碳点溶液定容于100 mL容量瓶，用荧光分光光度计(LS-55型荧光 光谱仪，美国PerkinElmer公司）测定溶液的荧光强度为761。
[0011] 图1是本实施例制得的表面氨基化蓝色发光碳点的透射电镜图。由图1可知，碳点为大 小均一的球形，在水中分散均匀，没有聚集现象，平均粒径约为2.11 nm。从高倍透射电镜图 片（图1插图）可清楚地看出其晶格条纹平均间距为0.27 nm，对应于石墨碳的（002)衍射晶 面。
[0012]图2是本实施例制得的表面氨基化蓝色发光碳点的傅里叶变换红外光谱。由图2可 知，在3270 cnf1附近出现的吸收峰对应0-H或N-H的伸缩振动；3065 cnf1和2933 cnf1是C-H 的伸缩振动峰；1639 cnf1是C=0的伸缩振动峰；1552 cnf1处出现的峰对应N-H的弯曲振动， 1429 cm-1对应C-N的伸缩振动峰;在1347cm-1和1294 cm-1出现的为C-0的弯曲振动峰，1186 cnf1为C-OH伸缩振动峰，1039 cnf1为C-0-C的伸缩振动峰，由此说明反应完成后，合成的蓝 色发光碳点表面含有丰富的-NH2。
[0013] 实施例2 取0.5 g富马酸溶于10 mL蒸馏水，加入0.3 mL(0.29 g)二乙撑三胺钝化剂，超声至固 体完全溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200 °C加热18 h，反应结束后自然冷 却得到棕色溶液，用孔径为0.1 μπι的滤膜抽滤得到表面氨基化蓝色发光碳点溶液。将所得 的表面氨基化蓝色发光碳点溶液定容于100 mL容量瓶，用荧光分光光度计(LS-55型荧光光 谱仪，美国PerkinElmer公司）测定溶液的荧光强度为629。
[0014] 实施例3 取0.5 g(0.48 mL)丙烯酸溶于10 mL蒸馏水，加入0.3 mL(0.29 g)二乙撑三胺钝化剂， 超声至固体完全溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200 °C加热18 h，反应结束 后自然冷却得到浅棕色溶液，用孔径为〇. 1 μπι的滤膜抽滤得到表面氨基化蓝色发光碳点溶 液。将所得的表面氨基化蓝色发光碳点溶液定容于1〇〇 mL容量瓶，用