荧光碳点在照明、离子检测、温度传感领域的应用

1.本发明涉及荧光纳米材料领域，具体涉及荧光碳点在照明、离子检测、温度传感领域的应用。


背景技术：

2.碳点作为碳家族中一种新型的纳米材料，因其原材料资源丰富、廉价易得，本身毒性低、抗光漂白能力强、水溶性好、且具有良好的生物相容性等优点，引起了人们的广泛关注。目前，已有许多碳点应用于生物标记、药物靶向、细胞成像等众多领域。


技术实现要素：

3.本发明提出来荧光碳点在照明、离子检测、温度传感领域的应用。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
5.荧光碳点在照明、离子检测、温度传感领域的应用，所述荧光碳点为三原色荧光碳点，由b
‑
cds和g
‑
cds，r
‑
cds组成，可用于制备led照明器件、离子检测传感器和温度传感器。
6.所述三原色荧光碳点以2,5
‑
二氨基苯磺酸为原料，通过甲酰胺、n
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺三种不同溶剂调制所得。
7.所述荧光碳点在用于制备led照明器件时，包括如下步骤：
8.s1、取3ml 0.5mg/ml的三原色碳点醇溶液和1g食用藕粉，超声混合随后于60℃下恒温干燥，得到具有荧光的cds
‑
藕粉复合粉末，分别命名为b
‑
cds
‑
1，g
‑
cds
‑
1和r
‑
cds
‑
1；
9.s2、将b
‑
cds
‑
1，g
‑
cds
‑
1和r
‑
cds
‑
1以质量比为1:3:5的比例混合所得，得到白色发光的w
‑
cds
‑
1。
10.所述荧光碳点可用于制备ag
+
和fe
3+
离子的高效荧光传感器，三种cds均具有较高的灵敏度，能选择性地识别ag
+
和fe
3+
离子，lods分别可达35和23nm。
11.本发明具有以下有益效果：
12.本发明的荧光粉保持了良好的荧光性能，特别是白色荧光粉可以达到近乎纯白光的发射，cie坐标1931(0.31，0.32)能够很好地应用于led照明，同时基于b
‑
cds，g
‑
cds和r
‑
cds提出的传感器能够很好地检测ag
+
和fe
3+
，具有良好的选择性和抗干扰性。
附图说明
13.图1为b
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；
14.图中：(a)b
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；(b)是b
‑
cds在不同激发波长下的荧光光谱(ex在330
‑
450nm)。
15.图2为g
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；
16.图中：(a)g
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；(b)是b
‑
cds在不同激发波长下的荧光光谱(ex在340
‑
480nm)。
17.图3为r
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；
18.图中：(a)r
‑
cds的紫外可见吸收光谱和荧光光谱；(b)是b
‑
cds在不同激发波长下的荧光光谱(ex在440
‑
580nm)。
19.图4为r
‑
cds,g
‑
cds,和b
‑
cds的归一化荧光图谱。
20.图5为b
‑
cds,g
‑
cds,r
‑
cds和w
‑
cds的cie(1931)坐标。
21.图6为w
‑
cds的荧光光谱；
22.图中：插图分别为w
‑
cds在日光灯下的照片(左)，在365nm下的照片(右)。
23.图7为荧光粉末和荧光凝胶的荧光光谱；
24.图中：a是荧光粉末，b是荧光凝胶。
25.图8为荧光粉末的cie坐标。
26.图9为荧光粉末w
‑
cd
‑
1的荧光光谱和照片。
27.图10为荧光凝胶的cie坐标。
28.图11为荧光粉末w
‑
cd
‑
1的荧光光谱和光学照片，在日光灯下的照片(左)，在365nm下的照片(右)。
29.图12为b
‑
cds对ag
+
的传感。图中：a为随着ag
+
浓度的增加(0
‑
1.3μm)，溶液的荧光图谱的变化。b为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的关系图，插图为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的线性关系图(ag
+
浓度为0
‑
0.7μm)。
30.图13为b
‑
cds对fe
3+
的传感。图中：a为随着fe
3+
浓度增加的为荧光光谱图，b为线性关系图。
31.图14为g
‑
cds对ag
+
的传感。图中：a为随着ag
+
浓度的增加(0
‑
1.3μm)，溶液的荧光图谱的变化。b为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的关系图；插图为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的线性关系图(ag
+
浓度为0
‑
0.7μm)。
32.图15为g
‑
cds对fe
3+
的传感。a为随着fe
3+
浓度的增加(0
‑
1.3μm)，溶液的荧光图谱的变化。b为线性关系图。
33.图16为r
‑
cds对ag
+
的传感。图中：a为随着ag
+
浓度的增加(0
‑
1.3μm)，溶液的荧光图谱的变化；b为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的关系图；插图为荧光恢复因子(i0‑
i/i0)和ag
+
浓度的线性关系图(ag
+
浓度为0
‑
0.7μm)。
34.图17为r
‑
cds对fe
3+
的传感。a为随着fe
3+
浓度的增加(0
‑
1.3μm)，溶液的荧光图谱的变化。b为线性关系图。
35.图18为b
‑
cds，g
‑
cds和r
‑
cds分别对ag
+
(a)和fe
3+
(b)的选择性和抗干扰性的测定；
36.图中：(1)b
‑
cds对ag
+
(a)和fe
3+
(b)的选择性和抗干扰性；(2)g
‑
cds对ag
+
(a)和fe
3+
(b)的选择性和抗干扰性；(3)r
‑
cds对ag
+
(a)和fe
3+
(b)的选择性和抗干扰性。
37.图19为g
‑
cds的感温性能图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
39.led照明应用：
40.采用一步水热法以2,5
‑
二氨基苯磺酸为源合成不同荧光的cds。合成方法如下：取25mg 2,5
‑
二氨基苯磺酸和10ml溶剂甲酰胺，10ml溶剂nmp和10ml溶剂dmf，分别加入到3个25ml不锈钢反应釜中，随即在180℃恒温烘箱中反应8h，制备的量子点均冷却至室温后，采用硅胶柱层析以甲醇和二氯甲烷的混合溶剂作为洗脱剂洗脱，去除溶剂后冷冻干燥，最后得到不同发光的cds；以dmf为溶剂制备的红色荧光的cds被命名为(r
‑
cds)，以nmp作为溶剂制备的绿色荧光的cds被命名为(g
‑
cds)，以甲酰胺作为溶剂制备的蓝色荧光cds被命名为(b
‑
cds)。制备的cds具有较高的量子产率,量子产率b
‑
cds＝41％，g
‑
cds＝33％，r
‑
cds＝39.3％，对应cie坐标分别为b
‑
cds(0.16，0.15)，g
‑
cds(0.36，0.57)，r
‑
cds(0.68，0.32)。可以看到制备的三种颜色的cds具有较大的重叠部分(归一化图谱)，以b
‑
cd:g
‑
cd:r
‑
cd＝1:3:5的比例混合得到了白色发光的w
‑
cds。并且，以制备的cds调节的白色荧光的cds(w
‑
cds)的cie坐标为(0.32，033)。
41.取3ml 0.5mg/ml的三原色碳点醇溶液和1g食用藕粉，超声混合随后于60℃下恒温干燥，得到具有荧光的cds
‑
藕粉荧光粉末，分别命名为b
‑
cds
‑
1，g
‑
cds
‑
1和r
‑
cds
‑
1；
42.荧光凝胶的制备：取3g g
‑
cds
‑
1或r
‑
cds
‑
1或b
‑
cds
‑
1，加入到30ml去离子水中，于90℃水浴加热搅拌2h，待冷却至室温后冷冻干燥，最后得到的荧光凝胶分别命名为b
‑
cds
‑
2，g
‑
cds
‑
2和r
‑
cds
‑
2；
43.合成了绿色环保的cds荧光粉末和荧光凝胶cds，对应荧光粉末cie(1931)坐标分别为b
‑
cds
‑
1(0.16,0.08),g
‑
cds
‑
1(0.19，0.35)和r
‑
cds
‑
1(0.62，0.38)，荧光凝胶的cie(1931)坐标为b
‑
cds
‑
2(0.16，0.07),g
‑
cds
‑
2(0.22，0.37)和r
‑
cds
‑
2(0.62，0.38)。其白光材料w
‑
cds
‑
1、w
‑
cds
‑
2的cie坐标可达(0.31，032)，(0.33，0.35)。
44.离子检测传感器：
45.b
‑
cds，g
‑
cds和r
‑
cds对ag
+
和fe
3+
的检测是在室温下进行的，3ml0.5mg/ml的r
‑
cds甲醇分散液(3ml 0.5mg/ml的g
‑
cds或3ml 0.5mg/ml的b
‑
cds去离子水分散液)，然后添加各种浓度的ag
+
或者fe
3+
标准品，在室温下混合均匀，1min后记录溶液的荧光光谱，在相同条件下，在b
‑
cds，g
‑
cds和r
‑
cds中加入其他离子测量选择性和抗干扰性，测量过程中参数保持不变。
46.如图3所示，于396nm激发下，b
‑
cds在450nm处发射的强荧光能够随着ag
+
或者fe
3+
的逐渐加入发生猝灭，且在当ag
+
浓度处于0
‑
1μm时，(i0‑
i/i0)和ag
+
的浓度存在良好的线性关系，线性方程为y＝0.434x+0.0168(r2＝0.991，n＝13)，对ag
+
的检出限低至69nm(3σ/k)(σ为矫正空白信号后的标准偏差，k为拟合直线的斜率)。当fe
3+
浓度处于0
‑
1.3μm时，存在线性关系y＝0.484x+0.0074(r2＝0.999，n＝13)，检出限为62nm。
47.同样的r
‑
cds对fe
3+
和ag
+
也表现出很高的检出性，在以550nm激发下，r
‑
cds在635nm左右的荧光随着ag
+
或者fe
3+
浓度如图所示，当ag
+
和fe
3+
浓度分别为0
‑
1.5μm和0
‑
0.5μm时，(i0‑
i/i0)和ag
+
或者fe
3+
的浓度分别存在线性关系y＝0.314x+0.0181(r2＝0.991，n＝13)和y＝1.317x+0.00512(r2＝0.995，n＝13)，对ag
+
和fe
3+
的检出限(3σ/k)分别为95nm和23nm。
48.g
‑
cds对ag
+
和fe3+的检测如图14和图15所示，当ag
+
的浓度处于0
‑
0.7μm时，(i0‑
i/i0)和ag
+
的浓度存在线性关系y＝0.8465x+0.1356(r2＝0.99，n＝13)，检出限35nm(3σ/k)(σ为矫正空白信号后的标准偏差，k为拟合直线的斜率)。当fe
3+
浓度处于0
‑
3μm时，存在线性关
系y＝0.221x+0.0963(r2＝0.992，n＝13)，检出限为136nm。
49.同样的r
‑
cds对fe
3+
和ag
+
也表现出很高的检出性，在以550nm激发下，r
‑
cds在635nm左右的荧光随着ag
+
或者fe
3+
浓度如图所示，当ag
+
或者fe
3+
浓度分别为0
‑
1.5μm和0
‑
0.5μm时，(i0‑
i/i0)和ag
+
或者fe
3+
的浓度分别存在线性关系y＝0.314x+0.0181(r2＝0.991，n＝13)和y＝1.317x+0.00512(r2＝0.995，n＝13)，对ag
+
或者fe
3+
的检出限(3σ/k)分别为95nm和23nm。
50.选择性：为了测试所提出的传感器的选择性和抗干扰性，在有代表离子存在下cd
2+
,na
+
,cu
2+
,zn
2+
,mg
2+
,hg
+
,ni
2+
,nh
4+
,co
2+
,al
3+
,mn
2+
离子进行了选择性的测定，多倍于猝灭浓度下(50μm)，进行了抗干扰性的测定选择性和干扰性的测定如图18所示相对于三种单纯cds的pl强度，可以看出在添加fe
3+
或者ag
+
后，溶液的荧光强度明显降低，其他离子无变化或变化较小。结果表明合成的b
‑
cds，g
‑
cds和r
‑
cds只表现出对fe
3+
和ag
+
的高选择性，可以开发为ag
+
和fe
3+
离子的高效荧光传感器。
51.温度传感器：
52.对于概念验证的机械测量能力，进行了g
‑
cds的温度感知应用。如图19(a)所示，g
‑
cds具有良好的感温性能。当温度在10～60℃时，随着温度的升高，溶液的荧光强度逐渐减小；荧光强度与温度之间存在线性关系(图19b,y＝
‑
0.0051x+0.0415(r2＝0.994))。温度传感功能可以保持至少5个循环(10～60℃，图19c)。
53.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。