一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法
【专利摘要】一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，涉及合成碳粒子溶液的方法，本发明是以乙二醇为溶剂，草酸铵和糖类或有机酸为碳源共热合成荧光碳纳米粒子，合成中使用了两种以上的碳源物质。首先将草酸铵和碳源原料研细、溶解于乙二醇中制成溶液，然后转移到反应釜中，置于恒温箱中加热，经反应生成碳纳米粒子溶液，所得溶液具有荧光性，该溶液即为荧光纳米碳粒子溶液。本发明所用原料易得，方法简单，所需设备少，试剂便宜，合成速度快，不使用强酸、强碱，所得碳纳米粒子无毒，方便用于生物学标记。本方法所合成碳纳米粒子溶液不需要钝化，无需分离并有较好的荧光特性，可以直接使用。
【专利说明】一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成碳粒子溶液的方法，特别是涉及一种一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米粒子(CNPs)是一种新型荧光纳米材料，具有高的化学稳定性，光稳定性和特殊的光学性质，在传感、成像、太阳能、光电器件等领域有广泛应用。CNPs具有与量子点相似的荧光性能，如荧光强而稳定、激发波长和发射波长可调控、上转换性能、具有优良的可见光区荧光发射。与其他荧光纳米粒子相比，由于其表面具有丰富的氧元素，荧光碳纳米粒子具有良好的水溶性和生物相容性和易于表面功能化等优点。荧光碳纳米粒子在生物标记，特别是活体标记等相关研究领域具有广泛的应用前景。由于荧光碳纳米粒子表面有电子空穴，它是优良的电子受体和给体，在半导体领域、催化领域也有广泛应用前景。荧光碳纳米粒子的制备方法可以分为自上而下(Top-down)和自下而上(Bottom-up)的方法。自上而下的方法就是将大块的碳材料分割成纳米粒子，主要有弧光放电法，激光消蚀法，电化学合成法。自下而上(Top-down)的方法是由小到大的制备方法，即用碳源物质生成小颗粒的碳纳米粒子，再聚集成所需碳纳米粒子。激光消融、电化学法制备纳米材料的设备要求较高，浓酸氧化法时间反应时间一般需要十几个小时，存在环境污染、设备腐蚀、时间冗长的缺点。传统方法制备的碳纳米粒子大多数荧光性能不高，无法用于生物学标记，需要进一步钝化修饰才能有较好的荧光性。修饰剂主要有聚乙二醇200、聚乙二醇1500、聚乙烯亚胺(PEI)和一些表面活性剂等，试剂价格高，对碳纳米粒子的修饰反应时间很长，大约十几个小时。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，该方法采用的是有机物碳化法，制备的荧光碳纳米粒子的时间短、设备无腐蚀，所制备的碳纳米粒子不需要修饰钝化就有良好的荧光性能，实现了一步完成反应，节省了反应步骤。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，所述方法包括以下步骤:
(1)物料的溶解:称取0.5克碳源物质和0.05-0.5克草酸铵混合，于研钵中研细，将研细的混合物倒入烧杯，加入乙二醇20毫升，放入磁子，置于磁力搅拌机上搅拌，直至固体完全溶解，得到无色透明溶液；
(2)荧光碳纳米粒子生成:将上述无色透明溶液倒入内衬特氟龙的反应釜中，拧紧反应釜釜盖，将反应釜置于恒温干燥箱中于140-180°C加热3小时，然后从恒温干燥箱中取出反应釜自然冷却至室温，反应釜内溶液呈棕黄色，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液。
[0005]所述的一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，所述碳源物质为葡萄糖、维生素C、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、富马酸。[0006]所述的一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，所述葡萄糖为碳源所制备的碳纳米粒子有蓝绿色荧光，维生素C为原料的碳纳米粒子溶液有绿色荧光,其余均为天蓝色荧光。
[0007]本发明的优点与效果是:
本发明以乙二醇为溶剂，草酸铵和碳源物质为前驱体，共热合成荧光碳纳米粒子溶液，具有原料供应充足，成本低，设备简单易购的优点，整个流程操作简单。可行性较大，在实验室即可宏量生产，满足产业化应用。所得荧光碳纳米粒子溶液荧光亮度高，水溶性好，可在实际应用中广泛使用。本方法所合成的碳纳米粒子溶液不需要另外钝化修饰，是难得的一步合成法。本方法所合成的碳纳米粒子没有使用有毒物质，毒性极低，荧光性能好，可以用于生物活体标记。
【专利附图】
【附图说明】
图1是碳纳米材料水溶液的荧光激发发射光谱与紫外吸收光谱图 图2是碳纳米材料水溶液在不同波长光激发下的荧光光谱图 图3是碳纳米材料的XRD光谱图
【具体实施方式】[0008]下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
[0009]本发明是一种一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法。本发明是以乙二醇为溶剂，草酸铵和糖类或有机酸为碳源共热合成荧光碳纳米粒子，合成中使用了两种以上的碳源物质。首先将草酸铵和碳源原料研细、溶解于乙二醇中制成溶液，然后转移到反应釜中，置于恒温箱中加热，经反应生成碳纳米粒子溶液，所得溶液具有荧光性，该溶液即为荧光纳米碳粒子溶液。本发明所用原料易得，方法简单，所需设备少，试剂便宜，合成速度快，不使用强酸、强碱，所得碳纳米粒子无毒，方便用于生物学标记。本方法所合成碳纳米粒子溶液不需要钝化，无需分离并有较好的荧光特性，可以直接使用。
[0010]为更好地说明本发明的技术方案，特给出以下实施例，但本发明的实施并不仅限于此。
[0011]实施例1
(1)物料的溶解:称取0.5克柠檬酸和0.1克草酸铵混合，于研钵中研细，将研细的混合物倒入烧杯，加入乙二醇20毫升，放入磁子，置于磁力搅拌机上搅拌，直至固体完全溶解，得到无色透明溶液；
(2)荧光碳纳米粒子生成:将上述溶液倒入内衬特氟龙的反应釜中，拧紧反应釜釜盖，置于恒温干燥箱中于170°C加热3小时，然后从恒温干燥箱中取出反应釜自然冷却至室温，釜内溶液呈棕黄色，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液。
[0012]对本例的碳纳米粒子溶液稀释后进行了荧光、紫外光谱表征。见图1。由图可知最佳激发峰在354nm,最佳发射峰在439nm。365nm紫外灯下该纳米材料溶液呈天蓝色,发射峰与激发峰形状完美，说明纳米粒子颗粒均匀。紫外吸收光谱在200-300nm有强吸收，在350nm左右有一个宽峰,与最佳激发峰在354nm —致,此峰符合碳纳米材料特征。
[0013]实施例2、
(O物料的溶解:称取0.5克葡萄糖和0.05克草酸铵混合，于研钵中研细，将研细的混合物倒入烧杯，加入乙二醇20毫升，放入磁子，置于磁力搅拌机上搅拌，直至固体完全溶解，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液；
(2)荧光碳纳米粒子生成:将上述溶液倒入内衬特氟龙的反应釜中，拧紧反应釜釜盖，置于恒温干燥箱中于140°C加热3小时，然后从恒温干燥箱中取出反应釜自然冷却至室温，釜内溶液呈棕黄色，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液。
[0014]对本例碳纳米粒子进行了 XRD表征，如图3:在2 Θ =20°出现一个宽峰，该峰为无定型碳的特征峰，说明该样品为碳纳米粒子。
[0015]实施例3
(1)物料的溶解:称取酒石酸0.5克和0.2克草酸铵混合，于研钵中研细，将研细的混合物倒入烧杯，加入乙二醇20毫升，放入磁子，置于磁力搅拌机上搅拌，直至固体完全溶解，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液；
(2)荧光碳纳米粒子生成:将上述溶液倒入内衬特氟龙的反应釜中，拧紧反应釜釜盖，置于恒温干燥箱中于180° C加热3小时，然后从恒温干燥箱中取出反应釜自然冷却至室温，釜内溶液呈棕黄色，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液；
对本例的碳纳米粒子溶液稀释后进行了荧光表征。见图2，在激发波长340-440nm范围内，该样品都有较好的荧光性能，随着激发光波长增加，发射峰明显红移，有一定强度，说明该样品荧光性能优良，特别是可见光激发区也有较强可见光发射，有多色特性，具有潜在功倉泛。
【权利要求】
1.一步 合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)物料的溶解:称取0.5克碳源物质和0.05-0.5克草酸铵混合，于研钵中研细，将研细的混合物倒入烧杯，加入乙二醇20毫升，放入磁子，置于磁力搅拌机上搅拌，直至固体完全溶解，得到无色透明溶液； (2)荧光碳纳米粒子生成:将上述无色透明溶液倒入内衬特氟龙的反应釜中，拧紧反应釜釜盖，将反应釜置于恒温干燥箱中于140-180°C加热3小时，然后从恒温干燥箱中取出反应釜自然冷却至室温，反应釜内溶液呈棕黄色，所得的液体为荧光碳纳米粒子溶液。
2.根据权利要求1所述的一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，其特征在于，所述碳源物质为葡萄糖、维生素C、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、富马酸。
3.根据权利要求2所述的一步合成荧光碳纳米粒子溶液的方法，其特征在于，所述葡萄糖为碳源所制备的碳纳米粒子有蓝绿色荧光，维生素C为原料的碳纳米粒子溶液有绿色荧光，其余均为天蓝色荧光。
【文档编号】B82Y40/00GK103525412SQ201310435760
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】李洪仁, 李锋, 李永波, 刘军, 王立男 申请人:沈阳大学