一种氮掺杂荧光碳点的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂的荧光碳点的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳点是最近几年来发展起来的一种新型的荧光纳米材料。与有机荧光染料相比，具有光稳定性好、耐光漂白、发射波长和激发波长可调控等优点；同时，与传统的半导体量子点相比，又具有毒性低和生物相容性好等优点，因此，碳点在生物成像、光催化、光电子器件、药物和基因载体与生物传感器等领域具有较广阔的应用前景。
[0003]目前关于制备碳点的方法报道很多，如激光剥离石墨烯、电化学氧化法、电弧放电法、溶剂水热法、化学氧化法等，这些方法往往存在量子产率不高(〈15%)，过程繁琐、原料昂贵且条件苛刻等缺点，在很大程度上限制了荧光碳量子点的大规模生产和实际应用。因此，探索一种简单、低成本、可提高荧光量子产率的制备碳点的方法具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]鉴于目前荧光碳点制备技术存在的缺点，本发明目的提供一种制备荧光碳点的方法，以解决现有制备碳点的方法存在的问题。
[0005]本发明的技术方案提供提供一种氮掺杂的荧光碳点的方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)在水热反应釜中加入柠檬酸钠，再加入或不加入氮掺杂剂，加入20mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，200°C反应4 h;
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入透析袋内进行透析，透析时间为48h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点；
步骤(I)所述氮掺杂剂为三聚氰胺，步骤(I)所述柠檬酸钠质量为0.0735 g，三聚氰胺质量为0-0.189 g，步骤(I)所述反应器为带有聚四氟乙烯内衬的水热高压反应釜，容积为50 mL0
[0006]步骤(2)所述的透析是采用500 Da的再生纤维透析袋对上清液进行透析。
[0007]本发明的优点:
(I)本发明操作简单，成本低，无需任何有机溶剂，而且不需要复杂的后续的处理，一步法即可得到荧光碳点。
[0008](2)获得的氮掺杂的荧光碳点，易溶于水，荧光量子产率大大提高，光稳定性好，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0009]图1为实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五制备的碳点在340 nm激发下的荧光谱图。
[0010]图2为实施例五制备的碳点在不同紫外激发波长下的荧光光谱。
[0011]图3为实施例五制备的碳点的激发和发射图谱，插图为365nm紫外灯照射下的荧光照片图。
[0012]图4为实施例五制备的碳点的透射电镜图。
[0013]图5为实施例五制备的碳点在紫外光持续的激发下随着时间的荧光变化图。
【具体实施方式】
[0014]以下通过具体的实施例对本发明技术方案进行说明。
[0015]实施例一:
(1)将0.0735 g柠檬酸钠放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入20 mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，2000C反应4 h ；
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到截留分子量为500D的再生纤维透析袋内进行透析，透析时间为48 h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。荧光量子产率为 4.7%ο
[0016]实施例二:
(1)将0.0735 g柠檬酸钠和0.0315 g三聚氰胺(η/η 1:1)放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入20mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，2000C反应4 h ；
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到截留分子量为500D的再生纤维透析袋内进行透析，透析时间为48 h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。荧光量子产率为 7.2%ο
[0017]实施例三:
(1)将0.0735 g柠檬酸钠和0.063 g三聚氰胺(η/η 1:2)放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入20 mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，2000C反应4 h ；
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到截留分子量为500D的再生纤维透析袋内进行透析，透析时间为48 h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。荧光量子产率为 11.4% ο
[0018]实施例四:
(I)将0.0735 g柠檬酸钠和0.126 g三聚氰胺(n/n 1:4)放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入20 mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，200°C反应4 h;
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到截留分子量为500D的再生纤维透析袋内进行透析，透析时间为48 h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。荧光量子产率为 35.4%ο
[0019]实施例五:
(1)将0.0735 g柠檬酸钠和0.189 g三聚氰胺(n/n 1:6)放入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，加入20 mL水，超声得到均匀的溶液；
(2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，2000C反应4 h ；
(3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入到截留分子量为500D的再生纤维透析袋内进行透析，透析时间为48 h，每隔6 h换一次水；
(4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液；
(5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。荧光量子产率为 49.2%ο
[0020]对实施例样品进行表征:
利用荧光分光光度计表征实施例一(a)、实施例二(b)、实施例三(C)、实施例四(d)和实施例五(e)制备的碳点水溶液在340 nm激发下的荧光发射光谱进行表征，参见图1。
[0021]利用荧光分光光度计考察不同激发波长对实施例五制备的碳点水溶液荧光的影响，见图2。
[0022]利用荧光分光光度计表征实施例五制备的碳点水溶液荧光的激发和发射谱图，插图为365 nm紫外灯激发下的照片图，见图3。
[0023]利用透射电子显微镜表征碳量子点的形貌。结果表明，制备的碳点约为10.34土2.25 nm，近圆形的且单一分散，见图4。
[0024]利用荧光分光光度计，在340 nm的连续激发下，考察长时间激发对荧光碳点荧光的影响，见图5。
【主权项】
1.一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，其特征在于: (1)在水热反应釜中加入柠檬酸钠，再加入或不加入氮掺杂剂，加入20mL水，超声得到均匀的溶液； (2)将(I)中反应釜放入鼓风干燥箱中，200°C反应4 h; (3)将(2)中得到的溶液经离心去除大颗粒后注入透析袋内进行透析，透析时间为48h，每隔6 h换一次水； (4)将透析产物进行旋转蒸发，得到浓缩液； (5)将浓缩液在-50°0条件下进行冷冻干燥至粉末状，获得荧光碳点。2.根据权利要求1所述一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述氮掺杂剂为三聚氰胺。3.根据权利要求1所述一种氮掺杂的荧光碳点的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述柠檬酸钠质量为0.0735 g，三聚氰胺质量为0.0315-0.189 g。4.根据权利要求1所述一种氮掺杂的荧光碳点的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述反应釜为带有聚四氟乙烯内衬的水热高压反应釜，容积为50 mL。5.根据权利要求1所述一种氮掺杂的荧光碳点的制备方法，其特征方法在于:步骤(2)所述的透析袋是采用500 Da的再生纤维透析袋。
【专利摘要】一种氮掺杂荧光碳点的制备方法，是以柠檬酸钠为碳源，三聚氰胺为氮源，以水热反应釜为反应平台，通过高温高压水热反应，经透析和冷冻干燥去除残留物和水分，得到荧光碳点粉末。本方法操作简单、成本较低、易于推广和实用。本方法制备的碳点具有较高的荧光量子产率、高光稳定性、良好的水溶性和生物相容性等优点，在生物传感器和光电子器件等领域具有广阔的应用前景。<b/>
【IPC分类】B82Y40/00, C01B31/02, C09K11/65, B82Y30/00
【公开号】CN104909349
【申请号】CN201510276939
【发明人】王勇, 庄欠粉, 倪永年
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月27日