[发明专利]一种制备荧光碳纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用软-硬模板路线自下而上制备荧光碳纳米颗粒的方法，属纳米功能碳材料制备工艺技术领域。

背景技术

荧光碳基纳米材料，包括碳纳米管(carbon nanotubes) 、碳点(carbon dots)和纳米金刚石(nanodiamonds) 等，作为一种新型的荧光材料迅速发展起来。与半导体量子点相比，其具有较高的荧光量子产率、稳定的化学组成、良好的生物相容性和低的细胞毒性等优点使荧光碳基纳米材料一出现，立即引起了化学家、材料学家和生物学家的极大热情和关注，在生物成像、疾病检测和药物等生命科学领域初步展现出了优良的品质。

关于目前的发展现状，经过对现有技术文献的检索发现，目前报道的荧光碳基纳米材料的合成方法自上而下的较多，且制备的纳米碳颗粒容易发生团聚，例如中国专利申请号200810197695.1公开了一种利用电化学氧化碳电极制备荧光碳点的方法；中国专利申请号201010126320.3公开了一种热解乙二胺四乙酸钠盐合成荧光碳点的方法；中国专利申请号201010601015.5公开了一种通过脉冲或连续激光光束轰击含碳的靶材制备荧光碳点的方法；中国专利号201110356592.7公开了一种利用电化学刻蚀碳纤维电极制备荧光碳点的方法。近些年来，自下而上的合成方法由于具有操作简单、无需复杂仪器设备且可有效控制碳点尺寸、发光特性等优势引起了人们的关注。不过，大部分合成路线如水热法、微波法、氧化法，在制备过程中由于温度较高，很容易发生碳颗粒的团聚。更重要的是，目前报道中对荧光碳颗粒的制备方法的探讨仅仅是局限在一个点上，即只考察某一碳源在一个特定合成条件下得到的荧光碳颗粒，对其组分、尺寸大小和石墨化程度等影响荧光性质的参数均没有进行探索。这里，我们通过软-硬模板法，以表面活性剂形成的胶束为软模板，其中心疏水区作为疏水性有机小分子的限制空间，而胶束外围的二氧化硅作为高温焙烧过程中提供了很好的限制空间，有效的控制碳点团聚，合成尺寸可控、组分和石墨化程度可调、分散性良好的荧光碳颗粒，这一方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备荧光碳纳米颗粒的方法，根据其碳源的不同，所得到的荧光碳点的尺寸、组成和石墨化程度均有所不同，相应的荧光量子产率也随之不同。

本发明公开了一种制备荧光碳纳米颗粒的方法，其特征在于具有以下工艺过程和步骤：

a．称取2.0 g的P123（EO₂₀-PO₇₀-EO₂₀，分子量5800）溶于75 ml 1.6 M盐酸溶液中，在40℃下搅拌至澄清后再将4.3 g 正硅酸乙酯加入到此溶液中；

b．将上述溶液在40℃下继续搅拌65 min后，混合溶液呈白色雾状。在1000 rpm，5 min下迅速离心混合溶液，将得到的白色固体沉淀重新加入到含1.0 g P123的75 ml 1.6 M盐酸溶液中；

c．在混合溶液中加入2.0 g 均三甲苯在40℃下强烈搅拌24小时，然后转移到373 K下水热24小时；

d．上述水热产物经过滤洗涤后，在空气中干燥；

e．将干燥后产物置于石英舟中，在氮气保护下放在管式炉内，以1℃/min速率升温至900℃，在900℃保持2小时，随后冷却降温至室温，收集得到的粉末；

f．将上一步得到的粉末置于离心管中，用HF (10 wt%)溶液在40℃下刻蚀48小时，随后将所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范围3500，透析24小时； 

g．将透析后的悬浊液置于圆底烧瓶，加入悬浊液1/4体积的浓硝酸，加热至120℃，回流24小时，冷却后将所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范围3500，透析24小时； 

h.将透析后的溶液置于圆底烧瓶中，加入10-20 mg钝化剂PEG_1500N（H₂NCH₂(CH₂CH₂O)_nCH₂CH₂CH₂NH₂），加热至120℃，回流72小时，冷却后将所得溶液置于透析袋中，透析袋截留分子量范围3500，透析12小时，即可得到水溶性、单分散的荧光碳纳米颗粒，其颗粒的平均直径大小为2-3.5 nm。

所述的2.0 g 均三甲苯可用相同质量的不同组成和结构的其它有机分子如邻苯二胺、芘和菲啰啉代替。

本发明的特点及优点如下所述：